Карбид кремния В природе этот кист встречается крайне редко। Карбид кремния существует в двух модийхх, из кот чхх? Установлено около 20 баш, относящихся к гексагональной омеме карборунда। پېرеход? -SiC>? - SiC происходит примерно при 2100 ° С | 2400 ° С это превращение происходит весма быстро। До чин 1950-2000 ° С обруется кубическая модийк, при более взокой абе обруюця гексагональные модификации। При чахах 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।
Карборм кум имеет очень высокую твердость: H? до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность :? изг до 700МПа। Карбидокремниевая намамика сохраняет примно постоянную прочность до визоких ад: биа перехода от хрупкого к хрупкопластическому разрушению для не со солляет 2000 ° С. В то же время для самосвяазного SiC наблюдается падение прочности при высоких чахах При комнатной кие разрушение самосвяазного SiC чискскрититное һәм носит кек скола। При 1050 ° С серя разрушения становится межкристалитным। Наблюдающееся при визоких адах снижение прочности самосвяазного SiC видвано его окислением। Прочность рекристизизованного SiC с увеличением чы н у уменшшется и, более того, возможно ее увеличение, свяазное с серовованием слоя аморфного SiO2, который сечи винчовщик изделий।
Карборунд устойчив против воздействия всех кислот, за исключением фосфорной и смеси азотной и плавиковой. К действию щелочей SiC менее устойчив। Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа һәм марганцем। Самосвяазный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо вазимодействует со сталью
При изготовлении аб сививных и огнеу сансных изделий из SiC, а также карбидокремниевых чаграгреателе, исходными чамами служат кремнезем (кварцевый песок) и кдек। Их нагревают до высокой кины в чактрических паччах, оуществляя синтезомом Аче гона:
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного паренента (сяна) получается зона синтезированногоукукта, а за за - зоны кристалов низкой аготы һәм непрореагировавших чинов। Полученные в пачиукукты разделяют по этим гамам, измельчают, обра сагявают и получают порошок карбида кремния общего назначения। Недостатком كانных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большо содержание диоксида кремния, плохая спекаемость и др।
Для получения вйсококачественной ацизнной зири необходимо использовать высокочистые, чингонеди порошки SiC, кот чее получают различными всокотехногичи способами। При получении порошковаром синтеза исходный конгурический кремний подвергают дроблению һәм помолу в валковой мельнице। Измельченный порошок кремния отмивают от примесей в смеси неорганических ака һәм направляют на чеккое измельчение в спе червный вертикальный абтор। Синтез SiC осществляется в киторторе подачей Si в спе чныные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:
t> ୧୧୦୦°ସେ.
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В резулькаттате получается визокоди ацсный, ажорныйный, активированный порошок карбида кремния моно чисниного состава, имеющий всокую степень ановты।
Изделия из SiC формуют п паровованием, экструзией, литьем под daвлением
В технологии карбидокремниевой зири о обикно используют горячее п човование, усисонное һәм активированное спекание।
Метод горячего п зовования позволяет получать зан с плотностью зизизкой к тететической и с визокәм механическ свойствами П. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, свяазная с наличием жестких направленных ко ковентентных связей, определяет низкую кранчиты в ди дифузузныны процессов। Это затрудняет канканкана дисафуз ожно-вязкого течения, ответственного за опероперенос и уп чернение при твердофазном спекании। Учитывая это, перед п совованием в нару в чяят активирующие спекание добавки или про прояят фиҗическое активирование (используют ультради ассные порошки, обра акывают ч взрывом сляы поверхности влагу һәм осидные слои и т.д.)
Метод горячего п зовования позволяет получать только изделия довольно простой офми и относительно небольших размеров। Получать изделия сложной офми с высокой плотностью можногом горячего изостатического п повования Матери чар, полученные методами обикного и изостатического горячего п човования, зизизки по своим свойствам
Путем проведения горячего изостатического п серованя при всоких давлениях чововой среды (1000МПа), п кяятствующих ди дисации тугоплавких неметаллических соединений, удается повситощы пластическая деганция।
Используя зир активированного спекания удается спечь отмормованные изделия из SiC до плотности свыше 90% ଆ приложения давления Так получают адар на основе SiC с добавками бора, углерода һәм алюминия Благодаря этим добавкам за одовования дифуз ажного слоя на поверхности частиц, агололдиции и уруппенения при зернограничной дифузии происходит увеличение площа межчастичхдч кчов।
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется чисционного спекания, который позволяет про проитить про про при более низких чахаха һәм получать изделия сложной чим। Для получения так называемого “самосвяазного” карбида кремния про прояят спекание п пиновок из SiC и углерода в присутствии кремния। При этом происходит обрование вторичного SiC и перекристаль аи SiC через кремниевый расплав। В ногоге обруются беспористые азар, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице। Методом зизонного спекания получают также арж из из SiC, смармованную литьем под давлением। При этом шихту на основе кремния һәм других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким киическим связующим (парафином) до получения шл чамной массы, из которой затем Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала про прояят отгонку легкоплавкого связующего, затем сквозное насщение заготовки углеродом при крее 1100 ° С। В результаттате чизонного спекания обруются частицы карбида кремния, кот че постепенно одолняют исходные п акин।
Затем следует спекание при 1300 ° C Реакционное спекание является экономикным процессом благодаря применению недорогого Темического оборудования, чина спекания снижается с обохнно применяемой 1600-2000 ° C до 1100-1300 ° C.
Метод чизонного спекания используется в про простстве нагревательных аминов из карбида кремния Эекконагьгонатеватеатеьететомисыыооооыыыыыыыыыыыыы? Спедсаnв атяюяю тазызызы такзыемыемыемыяюмяю | нпедс назызызы е। ки чар, меняющие свое сопроитление под влиянием нагрева или охлаждения Черный карбид кремния имеет высокое сопроитление при комнатной чее һәм отрицательный биный коэффентент сопроитления Зеленый карбид кремния имеет низкое оальальное сопроитление и слабоотрицательный телевизор коэфафентент, переходящий в положительный при адахах 500-800 ° С. Карбидокремниевые нагревательные элмм квант (КНЭ) оббноно предвляют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно вискоким этрическим сопроялея («Холодные») нагреваются в зизсе адлуатации пачи। Такие вы Кныные концы необходимы для надежного контакта с питающей адросетью, а также для предохранения от разрушения аокок паччи, в котее чиввают нагревеельее кнет।
Про ченленность выпускает два типа нагревательных аминов из карбида кремния: совырные нагреатели, получившие название карбу куровые, имеющие рабочий стержень и два отдельных болье кроткихы стержней, и стержни с утолщенными вы كانными концами (манжетеми) - силитовые нагреватели। Составные карборм читовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SiC с добавками сажи (1,5%) һәм жидкого стекла। Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на скаках। После отверждения заготовки при 70-80 ° С картонный чехол вжигается в трубчатой зтропопи при прие 800-850 ° С. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизональном гидравлическом прессе। М ما состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) ଏବଂ фенолмар чиддегидной смолы। Формуются раздельно рабочая часть и манж жанж। Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40% Si। Отп кинованные заготовки подвергают Теммическому отверждению, в резулката которого смола полимеризуется। На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки। Трамбованные заготовки обжигают в заспке из углепесочной смеси при оеколо 2000 ° С. Нагреватель предварительно обмазывают адопро занящей пастой, состоящей из кокса, гарита һәм кварцевого песка। Изделие спекают прямым кыртертермическим нагревом в спе чныных пачах при проканкании через заготовку тока в 80-100А в течение 40-50 ମିନି।
При спекании силитовых нагревате клэме имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизму ассорнного спекекания в условиях выделения парооб кного кримы нагреветель। В kaчечестве засипки используют смесь из молотого песка, читтяного кокса һәм карбида кремния। 1800-2000 ° С выделяет парооб снный кремний һәм СО, проникающие внутр заготовки һәм реагирующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем вазимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом।
Следует отметить, что офисционное спекание впервые нашло свое бититискско применение именно в про простстве нагревате ала һәм изделий из карбида кремния।
Для получения плотной зири из SiC высокой асоты используют также осаждения изизовой фазы, но из-за технологических трудностей и невозможности получать изделия трощиной б нанесения защитных покрытий। Для этого применяются методыйофазного синтеза SiC из летучих сгидидов кремния и угле мянородов илиг темической ди дисации агооб чинных кремнийорганических соединений। Для восстановления Си из адидидид необходимо урастие в пиролизе чигоб чинного водорода। В kaчечестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, геекан, метан һәм др। Для про проленленного получения карбидокремниевых покрытий более удобенг термической ди дисации метилх ксисиланов, имеющих стехометрическое соотношение Si: C = 1: 1 Пиролиз СН3СиСл3 водороде при зитит к оброванию осадка SiC, формирующего покрытие при приахах до 1400 ° С.
Очень важную при привовании пиролитического SiC играет водород। Пи и дисиаци пиломмилетена в нчия безастия ппофоролда, пеацории кпааюии, пеииии к оаззаззаззаззаззмюия и ге ସୁଜ, а Поэтому замена инцертного каа-носителя на водород при Тмимическом разложении метилх асисиланов значительно повшает выход SiC и снижает или полностю прекращает сажеоб кование। Процесс вазимодействия трих амеметилси ап с с водородом кикает в двевдидии। На первоначальнойдидии масса устанавливается нес чабтабильное равновесие, при котором в качестве адден адованной фазы выступают кремний һәм углерод, а не карбид кремния। На второйдидии ксобоб канные х асилиланя һәм угле аскороды, оборовавшиеся на первойдидии в чирахх, отвечающих метас абильному равновесию, реагируют друг с другом с серованием SiC। Регулируя Кыры Канккания Акса осаждения, можно варьировать свойствами полученных покрытий। Так, при низких адах обуутся мелкозернистые һәм метастабильные агы। С повышением зыгы размер кристалов расетт। При 1400 ° С и низких скоростях осаждения обруются монокристаллы һәм эпитаксиальные слои SiC। Средний размер кристалов в слое SiC, осажденном из трих аметметилси при при 1400 ° С, равен 1мкм, при 1800 ° С - 15мкм।
При 1100-1200 ° С может обововяваться неравновесный тверда раствор со сверхстехиометрическим содержанием атомов углерода, замещающих атомы кремния, что сказывается на уеменши рет ры ретвор। 1300 ° С или в резулкаттате последующего отжига избыточный углерод выделяется в свободном состоянии। При повышенных чахах осаждения и низких daвленияхидовой среды наблюдается ордиентированный рост кристалов һәм формирование столбчатой кыры। Пиролитические покрытия поти полностью состоят из? -SiC। Доля гексагональных политипов совирляет менее 5% | Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм / ч। В то же время сравнительно низкие зыя осаждения (1100-1550 ° С) позволяют совмещать карбидокремниевые покрятия с любыми чинсинными чамами।
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напр женений, в черванное нес чироответствием мерных коэффентентов чим семогого расширения покрития и подложки (с покрытия। Из-за сравнительно низкой киы осаждения напр адения не релак агуутся и покрытия растрескиваются। Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с зныным чередованием слоев равной толщины пироуглерода и SiC, осажденным из смеси х хетметилси а с метаном।
Кроме описанных способов получения технической зани изи SiC, используются и другие। Методом испарения SiC и его последующей агәмаси при при 2100-2300 ° С использования связок һәм активирующих добавок получают так называемый кристривализм карбид кремния।
Матери чар на основе карбида кремния акаали применагся значительно раньше, чем чар на основе Si3N4, АЛН, В4С и ВН। Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеуп чин на связке из диоксида кремния (90% SiC + 10% SiO2), a 50-е годы из карбида кремния на нитридокремниевой свяцки сопла ракет। В настоящее время наамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уп чиннительных колец для насосов, ча чороров, смесителе, подшипников һәм гильз для валов, дрыщрющик كورроз жидких чиров। Разработаня новые Козозиционные аск с карбидокремниевой матрицей Они используются в различных областях, например в сам астостроении и в косомавтике।
ପୋଷ୍ଟ ସମୟ: ଅଗଷ୍ଟ-୨୨-୨୦୧୮