Керамика из карбида кремния
Карбид кремния (SiC) получил широкое применение как конструкционный и электротехнический материал (элементы и узлы двигателей, электронагреватели варисторы, полупроводниковые элементы и т. д.).
По сравнению с нитридом кремния у него более высокие жаростойкость и теплопроводность, проще технология изготовления. Высокая стойкость к окислению связана с наличием на поверхности карбида кремния пленки оксида, затрудняющей диффузию кислорода или продуктов сгорания к поверхности материала.
Карбид кремния кристаллизуется в кубической решетке сфалерита ( 
-фаза),либо в плотноупакованной гексагональной ( 
-фаза). Высокая энергия решетки приближает свойства SiC к свойствам алмаза. У него высокие твердость, модуль упругости и теплопроводность, низкий коэффициент термического расширения, высокая температура Дебая (энергия, возбуждающая колебания решетки) и полупроводниковый характер электропроводности.
В зависимости от способов получения различают рекристаллизационный, горячепрессованный, спеченный и самосвязанный карбид кремния.
Рекристаллизационный карбид кремния спекают при температурах 2200…2400°С без применения связки и активирующих добавок. Он характеризуется однофазностью, высокими тепло-, электропроводностью и термостойкостью, повышенной пористостью и низкими прочностными свойствами.
Горячепрессованный карбид кремния получают при температурах на 200…300°С ниже. Изделия из него характеризуются максимальной плотностью и высокой прочностью, но сам процесс прессования сложный и дорогостоящий. Поэтому он применяется для изготовления изделий простой формы.
Спеченный карбид кремния получают спеканием без давления. Изделия получают любой формы с плотностью близкой к теоретической и с высокими прочностными свойствами. Однако для этого метода характерна усадка в 15…20%. При применении активаторов спекания температура спекания снижается на 200…300°С.
Сущность получения самосвязанного карбида кремния заключается в уплотнении заготовки из SiC вторичным карбидом кремния, образовавшимся в результате химической реакции между Si и С. Преимущество: простота и дешевизна; возможность получения крупногабаритных изделии любой конфигурации со строго заданными размерами; незначительная усадка и способность сохранять высокие прочностные свойства до 1400°С.
Сравнение свойств нитрида и карбида кремния показывает, что нитридная керамика обладает более высокими прочностью и термостойкостью, а карбидная – высокими теплопроводностью и модулем упругости.
Так, для камер сгорания газотурбинных двигателей, сопловых и рабочих лопаток, накладок поршней требуется низкая теплопроводность, но повышенная теплостойкость. Этому требованию отвечает керамика на основе Si3N4. .Для различных форсунок камер сгорания, теплообменных устройств необходимы высокие теплопроводность, жаростойкость и химическая стабильность, что соответствует карбидной керамике.
Tags: карбид, материал, прессование, природа вещества, технология