Керамика на основе SiC – Техническая керамика

Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния ati углерода. В природе этот матрил встречаеся крайне редко. Карбид кремния существует в двух модификациях, из которых ? -модификация структуру гексагональной формы. Установлено около 20 структур, относящихся к гексагональной форме карборунда. Переход ?-SiC>?-SiC происходит примерно при 2100°С. При TEMPERATURE 2400°S До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре àkóràn. При температурах свыше 2600-2700°С карбид кремния возгоняется. Кристаллы карбида кремния могут быть бесцветными, зелеными и черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. При превышении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода – черным.

Карборунд имеет очень высокую твердость: H? до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно примерно постоянную пкопластическому разрушению для нее составляет 2000°С. В то же время для самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при высоких температурах. При комнатной температуре разрушение самосвязанного SiC транскристаллитное и носит характер скола. При 1050°С характер разрушения становится межкристаллитным. Наблюдающеся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его окислением. Прочность рекристаллизованного SiC с увеличением температуры бразованием слоя аморфного SiO2, который залечивает дефекты на поверхности
Карборунд устойчив против воздействия всех кислот, за исключением фосфорной ati смеси азотной и смеси азотной. К действию щелочей SiC менее устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа ati марганцем. Самосвязанный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо взаимодействует со сталью.

При изготовлении abrazиvnыh и огнеупорныh издели из SiC ужат кремнезем (кварцевый песок) ati кокс. Их naгреваю lati выsokoy temperaturы в эlektrycheskih pechah, osuschestvlya syntez metodom Ачесona:

SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)

Вокруг нагреватльного эlementa (kerna) ipalọlọ ipalọlọ ipalọlọ ореагировавших компонентов. Полученые в печи продкты разделяют по этиm zonam, иzmelochkut, obrabatыvat ati poluchаю пошркаю начения. Недостатком данных порошков карбида кремния вляются высокая. плохая спекаемость и др.

Для получения высокококачественой конструкционной керамики орошки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами. При полунии порошККККККККККККККККККККККККККККККККККККККККККККККККККККиврргической помолеий помолеий помот Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси ьный вертикальный реактор. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла.

t>1100°C

3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)

В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кремния . ющий высокую степень чистоты.

Иzdelia из SiC формуют прессованиеm, эkstrauzyey, lytьem pod davleниem.

В технологии карбидокремниевой керамики обычно

Метод горячего прессования позволяет получать материалы сплотностью йствами. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПах 10-50МПар 10-50МПа и тум-50° Высокая стбоность Кристаличесталичетавкий соеталинемяемянакинемяемянакинемяемяемяем Кхы Коволентедлясу конлит и подитови ронелетови решкетки, затортови роншкитотот5 Ессов Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного за массперенос м спекании. Учиtyvaya льзуют ультрадисперсные порошки, обрабатывают tabi взрывом слои ati т.д.).

Метод горячего прессования позволяет получать только изделия. Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом. Материалы, полученные методами обычного

Имедедения гассового пазесссововояй срекит Азлес Азлес Азлес Азлес Азлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Арлес Ари сазовой ствущих тарвуих иссоциии тугопладаличеметеческинений да уремпавня, уотов Кротором тಿестотомпу Обеся тотором Обеся ихечя тбеслером Pẹlupẹlu.

Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотностес вления. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Бlagodarya эtym dobavkam za schet obrazovanya dyffusionnogo sloya на поверхносты частисты, их консипустуни ничной диффузии происходит увеличение площади межчастичных контактов и усадка.

Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод процесс при более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят . При этом происходит образование вторичного SiC В итоге образуются беспористые материалы, содержащие 5-15% свободново Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литьем под давлением. При этом шихtu на основе кремния ) до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку тем сквозное насыщение заготовки углеродом при температуре 1100 ° С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняю.

Затем следует спекание при температуре 1300°C. Рекциое спекание вляется эkonomychnыm prosessom благодря применению дорогого термического ания снижается с обычно применяемой 1600-2000°C до 1100-1300°C.

Метод реакционного спекания используется в производствена Эlektronaгревательные sопротивления из карбида кремния представляют собый так называемые termисторы, . e. материалы, меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление прикомнатой ивления. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление оложительный при температурах 500-800 ° С. КАридокидниеиемре собнтавляенте илёльные ибента НёН Ko si отнтельним эыпротимимеким Ипротиениеиеие - Lọgan, Lọ si Lọtọ ие нагре нагвая и эечатации печи. Такие выvodnыe kontsy neobhodymы для надежного катака с питающе быльный ok pechy, в kotorыe ukladyvayut nagrevatelnыe эlementы.

Промпость выемыевательетовательетоватарельетова рбодое, Имещие иеньзеекихота Коде виде проде вых стержней, И стержни с уыводетами Ководетами Ководетами Ководетами Ководетами Ководетами Ководетами Ководныйми (лилитовые Нодретами нагревателir. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы и сажи (1,5%) ati жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовky 70-80°C Kartonny чехоl выжигается в трубчатоy эlektropechy 8°5°°°°°°°°°° C. Силитвые нагреватели формуть эkstruzyй на гориzontalnom гиdravlicheskom prisse. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) ati фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40% Si. Отпрессованные заготовки подвергают термическому отверждению. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температуре около 2000 ° С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоyatsya Иzdelie spekают pryamыm эlektrotermycheskim naгревоm в сестильныh печах при припускании чегото 8 inch 40-50 iṣẹju.

При спекании силитовых нагревателей имеющиеся ого спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обвигаемый нагрере. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса ati карбида кремния. Эта смесь при температуре 1800-2000°С выделяет парообразный кремний и СО, awọn ere idaraya ердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем .

Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое применение лий из карбида кремния.

Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также метод осаждения из газовой фазы, но из-за технологических трудностей и невозможности получать изделия толщиной более нескольких миллиметров он применяется для нанесения защитных покрытий. Для Для применяюся методы газоFAzного сиnteza SiC ссоциации газообразных кремнийорганических соединений. Для восстановления Si из галогенидов необходимо участие в пиролизе газобразного водорода. В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, гексан, метан и др. Для промышленного получения карбидокремниевых покрытий более щих стехиометрическое соотношение Si: C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC

Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере ремния и углерода, ati SiC. Поэтому Камена инертного газа-носителя на водород нижает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процессать ют кремний и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадицет в концтаю ильному равновесию, реагируют друг с другом с образованием SiC. Регулируя параметры протекания процесса осаждения, можно варьировать свойствами полученныh покрытий. Так, при низких температурах образуются мелкозернистые и метастабильные структуры. Сповышением температуры размер кристаллов растет. При 1400 ° С и низkyh skorostyah osaжdenyya obrazystsya monokrystally ati эpytaksialnыe sloi SiC. Средний размер кристаллов в слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана при 1400 ° С, равен 1мкм, а прим 180 ° C.

При 1100-1200 ° С может образовывываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим ающих атомы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. Сповышением температуры 1300°С или в результате последующего состоянии. При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды е столбчатой ​​структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов составляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм / ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550 ° C) конструкционными материалами.

Оsnovnыm nedostatkom эtyh pokrыty yavlyatsya ostatochnыh napryazhenyny, выzvannoy sẹsẹtẹ иентов линейного расширения покрытия и подложки (кроме случая нанесения SiC на SiC) ati анизотропией покрытия. Из-за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения релаксируются Одним из способов уstraнения этого недостатка покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода ati SiC

Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются ati другие. Методом испарения SiC и его последующей сублимаци при 2100-2300°С без использования связок и аркутю ют так называемый рекристаллизационный карбид кремния.

Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе на основе на основе на основе. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90% SiC2), 5ер ида кремния на нитридокремниевой связке (75% SiC+25% Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется. смесителей, подшипников и гильз для валов, дозируюю й двигателей, металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.