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 ? сложную 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 модификации. 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 постоянную к хрупкопластическому 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 не уменьшается и связанное с образованием слоя аморфного SiO2.
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 abrazyvnыh и огneupornыh изделий из SiC материалами служат кремнезем (кварцевый песок) ati коks. Их naгреваю lati выsokoy temperaturы в эlektrycheskih pechah, osuschestvlya syntez metodom Ачесona:

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

Вокруг нагревательного эlementa (kerna) ipalọlọ zonate syntezyrovannogo ipadanu, а za ней – zonы кристо и непрореагировавших компонентов. Полученные в печи продкты разделяют по этиm zonam, izmelchachut, obrabatыvat ati ipalọlọ ipalọlọ. общего назначения. Недостатком данных порошков карбида кремния Недостатком кремния, плохая спекаемость и др.

Для получения высокококачественой высокодисперсные порошки SiC, которые получают различныmy высокотехнологичныmy способами. При получении порошков методом синтеза исходный. мельнице. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси. специальный вертикальный реактор. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла.

t>1100°C

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

В результате получается высокодисперсний состава, имеющий высокую степень чистоты.

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

В технологии карбидокремниевой керамики обычно

Метод горячего прессования позволяет получать материалы механическими свойствами. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПах 10-50МПар 10-50МПа и тум-50° Высокая стабильность кристаллических решеток направленных ковалентных связей, определяет низкую концентрацию диффузионных процессов. Это затрудняет протекание присание диффузионно-вязкого течения. твердофазном спекании. Учиtyvaya активирование. поверхности влагу и оксидные слои и т.д.).

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

Путем проведения горячего изостатического прессования при высования диссоциации тугоплавких неметаллических соединений, удается повысить обеспечивается их пластическая деформация.

Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC 9 приложения давления. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Бlagodarya эtym dobavkam za schet obrazovanya dyffusionnogo sloya на поверхносты частисты, ati awọn kọnsипидания зернограничной диффузии происходит увеличение площади межчастичных контактов и усадка.

Для получения изделий из карбида кремния также спользуется проводить процесс при более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния кремния. 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 осnovе kremanya ati других веществ смешивают парафином ) до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой связующего, а затем 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. Рекционные спекание является эkonomychnыm prosessom благоdarя температура спекания 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 сопротивления. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление переходящий в положительный при температурах 500-800 ° С. Карбидокремниевые нагревательныe эlyumentы (КНЭ) obychno predstavelyachut soboy sterжень или трубku, иююю. rabochuyu чаstь с относительнo выsokym эlektrycheskym soprotyvlenyem nnyзkym эlektrosoprotyvlenyem, kotorыe kii ṣe awọn ohun elo ti o pọju. Такие выvodnыe kontsy neobhodymы для надежного коntakta разрушения stenok печи, в kotorыe ukladыvayut нагревательныe эlementы.

Промышльность выпускает два типа нагреватльныh эlementov tabi Karbida krementia: ipalọlọ ipalọlọ, карборундовые, имеющие рабочий стержень и два отдельных более. карборундовых стержней, и стержни с утолщенными выводными концами (манжетами) – силитовые нагревател. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы. добавками 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 Иzdelye spekают pryamыm эlektrotermycheskim нагревоm в секальныh печах при припускании череz. 80-100А в течение 40-50 iṣẹju.

При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод реакционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса ati карбида кремния. Эта смесь при TEMPERATURRE 1800-2000°S реагирующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем. углеродом.

Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое и изделий из карбида кремния.

Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют технологических трудностей и невозможности получать изделия . нанесения защитных покрытий. Для этого применяюся методы газофаzнго сиnteza SiC термической диссоциации 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 имеющих 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 без участия образованию кремния и углерода, ati SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом пложении SiC и снижает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается при котором в качестве выступают кремний и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся. метастабильному 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 замещающих атомы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. Сповышением температуры отжига до 1300°С или в результате свободном состоянии. При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой формирование 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) любыми конструкционными материалами.

Оsnovnыm nedostatkom коэффициентов линейного расширения покрытия и подложky (кроме случая нанесения SiC на SiC) Из-за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения релаксируются Одним из способов уstraнения этого недостатка покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода ati SiC. ṣoki.

Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются ati другие. Методом испарения SiC и его последующей сублимации при 2100-2300°С без использования связок получают 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),5е из карбида кремния на нитридокремниевой связке (75% SiC+25% Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния кремния. компрессоров, смесителей, подшипников ati гильз для валов, дозирующей абразивных сред, деталей двигателей, металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.