Reakcijos surištas silicio karbidas

Reakcinio sujungimo silicio karbidas (RBSC) yra išskirtinai kieta ir tvirta keraminė medžiaga, pasižyminti puikiu mechaniniu stiprumu, atsparumu smūgiams, cheminiu stabilumu ir formavimo savybėmis, todėl ji tinka įvairiems taikymo atvejams.

RB-SiC pasižymi mažesniu kietumu, palyginti su sukepintu silicio karbidu, tačiau jį gaminti lengviau ir pigiau, be to, jis pasižymi puikiomis atsparumo terminiams smūgiams savybėmis.

Fizikinės savybės

RMI procese naudojamos a-SiC dalelės, įterptos į akytą anglies ruošinį (G0), prieš jį įsunkinant skystu siliciu, siekiant gauti reakcijos būdu sujungtą silicio karbidą. Deja, skystasis silicis dėl įsiskverbimo proceso gali užkimšti poras, todėl šiame tyrime daugiafazė anglis buvo panaudota kaip priemonė šiai problemai išspręsti ir RB-SiC mechaninėms savybėms pagerinti.

Daugiafazė anglis susidėjo iš smulkios amorfinės anglies juodosios ir stambios mikrosferinės anglies. Įsiskverbiant skystam siliciui, mikrosferinė anglis susinaikinama, o amorfinė anglis gali išsiskirti iš porų, taip užkertant kelią poras užpildančioms reakcijoms, kurios jas užkimštų – taigi, tiriant bandinius P10F90, P20F80 ir P30F70, būdingas pikas nebuvo matomas, o tai rodo, kad daugiafazė anglis padėjo išvengti šios problemos ir pagerinti lenkimo stiprumą didėjant įsiskverbimo temperatūrai ir išlaikymo trukmei.

Mechaninės savybės

RB silicio karbidas gaminamas į porėtą anglies arba grafito ruošinį įlašinant išlydytą silicį, kuris, reaguodamas su anglimi, sudaro SiC ir sukuria išskirtinį atsparumą dilimui, smūgiams ir cheminiam poveikiui turinčią keraminę medžiagą, kuri gaminama įvairių formų ir dydžių – nuo paprastų kūgio ir įvorės formų iki didesnių inžinerinių detalių, skirtų kasybos ar perdirbimo pramonei.

Kompozicinio pirmtako sudėtis, ypač PF ir FA santykis, daro įtaką anglies ir skystojo silicio reakcijos greičiui vykstant aukštos temperatūros pirolizei. Daugiafazė anglis padidina skystojo silicio įsiskverbimą per akytųjų ruošinių poras; laipsniškai pasiskirstę anglies šaltiniai padeda kontroliuoti tiek b-SiC, tiek laisvojo Si kiekį.

RB silicio karbido lenkimo stiprumą ir elastingumo modulį galima žymiai padidinti kruopščiai atrenkant anglies šaltinį, nes taip pašalinami lygūs juodi ir balti blokinių grūdų paviršiai, kurie lenkimo metu sukelia tarpgrūdinius lūžius.

Šiluminės savybės

Reakcinio rišimo silicio karbido keramikos terminės savybės priklauso nuo jos tipo ir rišimo proporcijų. Reakcinio rišimo silicio karbidas (RBSC), į kurį įsiskverbia metalinio silicio dalelės, įterpiamas į anglies arba grafito ruošinius, kurie šio proceso metu nesusitraukia; taip galima pagaminti labai tikslių matmenų detales.

Po RBSC įterpimo medžiaga apdorojama aukštoje temperatūroje atliekant nitridavimą. Tai paverčia metalinį silicį į SiC nitridą ir užpildo likusias porų ertmes silicio karbido tinklinės struktūros medžiaga. Rentgeno difrakcijos analizė (XRD) rodo, kad šioje medžiagoje yra deimanto, a-SiC, b-SiC, Si ir SiO₂, o elektronų mikroskopija (SEM) atskleidžia grafito sluoksnius bei amorfinę anglį.

Dėl grafito sluoksnio RBSC pasižymi mažesnėmis k vertėmis nei sukepintas SiC, tačiau šiuo atžvilgiu pranoko NSIC. Be to, ji žymiai pranoko SiO₂ pagrindu pagamintą keramiką atsparumo korozijai, atsparumo aukštai temperatūrai, atsparumo terminiams smūgiams ir terminio smūgio slopinimo gebėjimų atžvilgiu.

Elektrinės savybės

Reakcinio sujungimo būdu pagamintas silicio karbidas pasižymi puikiomis elektrinėmis savybėmis, pavyzdžiui, mažu savituoju varžumu ir dideliu šilumos laidumu. Dėl šių savybių jis yra puikus pasirinkimas elektriniams kaitinimo elementams gaminti. Be to, dėl cheminio inertiškumo ir atsparumo oksidacijai ji tinka naudoti krosnių termoparams, degiklių antgaliams, kontrolinėms plytoms ir krosnių mufliams; dėl puikaus atsparumo terminiams smūgiams ji taip pat tinka naudoti kaip krosnių įranga.

Reakcinis SiC gali būti gaminamas sumaišant smulkiai susmulkintus, vienalytinius SiC ir anglies mišinius su plastifikatoriumi, po to formuojant ir išdeginant plastifikatorių, o galiausiai įsunkinant skystą arba dujinį silicį. Ši reakcija leidžia siliciui susijungti su anglimi, taip susidaro daugiau silicio karbido, kuris vėliau reaguoja su pradiniu silicio karbidu ir sudaro kompozitą, susidedantį iš a-SiC, b-SiC ir likusio Si.

Teigiama, kad infiltracijos metu a-SiC granulės ir reakcijos metu susidariusios b-SiC dalelės yra tolygiai pasiskirsčiusios po visą akytą ruošinį be sankaupų, o tai, tikėtina, yra susiję su tuo, kad kapiliariniai kanalai nėra užkimšti naujai susidariusių b-SiC dalelių.