Товарний карбід кремнію

Товарний карбід кремнію містить в невеликій кількості домішки: вільний вуглець, двоокис кремнію і глинозем. У самих кристалах SiC також можуть бути микроколичества чужорідних елементів А1, С, Fe, В, Р, Са, Mg або N. Домішки надають невеликий вплив на освіту политипние, колір кристалів і інші властивості. Вельми Високочистий SiC безбарвний. Але в більшості випадків його колір різноманітний: починаючи зі світло-жовтого до зеленого, синього, чорного. Є й інші забарвлення, що виникають під впливом збільшення кількості домішок. У табл. 161 показано вплив хімічного складу карбіду кремнію на його колір в залежності від процентного вмісту різних домішок.

Фізико-хімічні властивості карбіду кремнію. Коефіцієнт заломлення при. звичайних світлових променях 2,6767-2,6487, при проходженні променів в гексагональної системі 2,6889-2,6930; щільність 3,217 г / см3; твердість становить 13 одиниць за новою шкалою Мооса і 2,5-3 ^ 5 за шкалою Кнупа, зміни обумовлені граневой политипние; коефіцієнт термічного розширення в інтервалі від нуля до 1700 ° С становить 4,3-4,5 10

6 ° С-1 (для кераміки невеликий); питома теплопровідність дорівнює 0,2 при 500 і 0,093 кал / (см • з # 9632; ° С) при 1200 ° С (володіє хорошою стійкістю до теплових ударів); термічна стабільність карбіду велика, в атмосферних умовах він не плавиться, але при температурі> 2050 ° С починається дисоціація, а з 2700-2800 ° С - процес випаровування.

Окислення SiC на повітрі починається з 600-800 ° С. Продуктом окислення є кремнезем, який утворює на зернах SiC плівку, що сповільнює, а потім і запобігає подальше окислення карбіду кремнію. У присутності V206> CuO, К20, Na20, Li20, PbO, P205, NiO, Mna08 при температурі> 1000 ° C окислення порошкоподібного SiC прискорюється.

Особливо великий вплив на форсування окислення надає водяна пара. У середовищі, насиченою парою на 50%. в порівнянні з сухим киснем окислення карбіду кремнію відбувається в діапазоні 1000-1400 ° С. У зв'язку з цим заходи щодо запобігання окислення карбідкремнійових вогнетривів є величезною проблемою. Приклади окислення карбіду кремнію під впливом різних факторів, за даними Судзукі, показані на 133-136.

Карбід кремнію є надзвичайно стабільним з'єднанням, стійким до впливу кислот НС1, H2S04, HF, HF + HN03 і концентрованого водного розчину NaOH. Однак він плавиться в рідкому Na20 і суміші N2C03 + KNO3. Досить легко карбід кремнію розкладається при сплаву з їдкими лугами на повітрі:

SiC + 4 КОН + 202 = - K2Si03 + К2С03 + 2Н20, реагує з хлором при температурі> 900 ° С з утворенням СС14, SiCl4.

500 ° С, слід також відзначити його хорошу радіаційну стійкість.

Карбід кремнію отримують за допомогою різних реакцій. Як джерело кремнію беруть Si02 або SiCl4, як джерело вуглецю - нафтовий кокс, деревне вугілля, малозольні антрациту вуглеводні. Карбід кремнію можна отримати також за допомогою термічного розкладання CH3SiCl3 та інших органічних кремнієвих з'єднань. Види сировини і способи вибирають, виходячи з поставлених властивостей карбіду кремнію.

При сильному нагріванні Si02 з вугіллям утворюється газоподібна моноокись кремнію SiO.

При 1200-1750 ° С молекулярний водень є газом-носієм. SiC, одержуваний за цим способом, осідає на нагрівається поверхню графітного підстави і формується у вигляді покриття, яке потім подрібнюють і застосовують як сировинний порошок.

Наступний спосіб полягає в термічному розкладанні високомолекулярних сполук органічного карбіду кремнію. Відповідно до цього способу термічного розкладання піддають полімеризований отвердний полікарбонран [-Si-С-] ". В результаті реакції mSiC + * Н2 + V отримують SiC, перетворюваний в волокна або порошок, в які потім можна ввести зв'язки і піддати просочення.

Відзначимо, що класифікація основний карбідкремнієві продукції залежить від способів отримання, зв'язок і режиму випалу.

В якості зв'язки для карбідкремнійових вогнетривів використовують зазвичай пластичну глину, але іноді застосовують синтетичний муллит і органічні зв'язки, які вносять при ретельному перемішуванні. Після пресування сформовані вироби обпалюють в обпалювальної печі. Частина SiC окислюється. Утворений SiOa служить скріплює речовиною. Тому ця зв'язка називається силікатної.

Відомою торговою маркою карбідкремнійових вогнетривів є карбофракс фірми «Карборандум» (США). В Японії карбід- кремнієві вогнетриви виготовляють кілька фірм як звичайну продукцію.

Нітрідкремніевие і оксінітрідние зв'язки вивчалися і розроблялися з метою поліпшення якості вогнетривкої продукції і з метою виключення недоліків виробів на традиційних алюмо- силікатних зв'язках. Як фази, що зв'язує зерна SiC, використовували Si3N4 або Si2ON2. Ці зв'язки починають розкладатися при температурі> 1700 ° С, а в окислювальному атмосфері відбувається утворення Si02. Зв'язки перешкоджають смачиваемости вогнетривів расплавами металів і шлаків. Завдяки зв'язкам збільшується хімічна стійкість вогнетривів, їх термічна міцність, стійкість до теплових ударів і теплопровідність. Вогнетривку продукцію на нітрідкремніевой зв'язці (ніафракс) виробляє фірма «Карборандум», на оксінітрідной зв'язці (крістрон) - фірма «Нортон».

Спосіб гарячого пресування полягає в тому, що в порошкоподібний карбід кремнію (а-, або Р -SiC) додають кілька відсотків бору, алюмінію, окису алюмінію і пресують в графітової формі при 1950 ° С і тиску 28-70 МПа, чим забезпечується спікання пресованої суміші. Типові властивості отриманої продукції наведені на 138 і в табл. 164. Деякі види продукції, отриманої різними способами, порівнюються в табл. 165 і 166.

Як вказувалося, карбід кремнію можна отримувати паровим напиленням. Цей спосіб використовують для отримання тонкостінних вогнетривких виробів і виробів з карбідкремнієві покриттям.

Фірма «Депозит енд композиті» виробляє ротори з карбід- кремнієвим покриттям для газових турбін. Міцність покриття при 1500 ° С становить 1240 [МПа. При цьому повзучості не спостерігали.

Розроблено ще два способи отримання карбідкремнійових виробів: із застосуванням зв'язок на основі органокремніевих з'єднань і за допомогою рекристалізації.

На закінчення слід сказати про застосування карбідкремнійових виробів в якості жароміцних і вогнетривких матеріалів.

Як вказувалося, карбід кремнію характеризується хорошими міцністю, вогнетривкістю і теплопровідністю при малому коеффідіенте термічного розширення і хорошою стійкості до теплових ударів, тому карбідкремнієві вироби використовуються в якості вогнетривів для футеровки муфельних і ретортних печей, теплообмінних блоків, перегородок і стояків в печах для випалювання кераміки.

На повітрі навіть при високих (1400 - 1500 ° С) температурах карбід кремнію не береться бурхливому окислення. Оскільки він стійкий протягом тривалого часу, його використовують як нагрівальний елемент при високих (до 1600 ° С) температурах там, де не можна застосовувати елементи сплавного типу, наприклад ніхромові.

На основі хімічного осадження пароподібні з'єднань розроблений спосіб напилення жароміцного покриття у вигляді тонкої плівки карбіду кремнію на робочі поверхні ядерних реакторів, ракетних сопел і так далі. Застосуванням цього способу забезпечується більш висока жароміцність матеріалів, а також їх стійкість до окислення і стирання.

З метою зміцнення жароміцних матеріалів, включаючи сплави, розроблений спосіб отримання кристалічних ниткоподібних вусів (так званих карбідкремнійових віскерів).

Карбід кремнію НЕ науглероживается метал подібно вуглецю, тому карбідкремнієві продукція перспективна для виготовлення високотемпературних матеріалів. Останнім часом винайшли безперервні карбідкремнієві волокна, очікується їх подальше удосконалення.