Реакционно связанный карбид кремния

Реакционно связанный карбид кремния (RBSC) - это исключительно твердый и прочный керамический материал, обладающий превосходной механической прочностью, ударопрочностью, химической стабильностью и формуемостью, что делает его пригодным для различных применений.

RB-SiC обладает меньшей твердостью по сравнению со спеченным карбидом кремния, но при этом проще и дешевле в производстве, а также обладает превосходными свойствами сопротивления тепловому удару.

Физические свойства

Процесс RMI использует частицы a-SiC, включенные в пористую углеродную преформу (G0), перед инфильтрацией жидким кремнием для получения реакционно-связанного карбида кремния. Однако, к сожалению, жидкий кремний может привести к закупорке пор в процессе инфильтрации, поэтому в данном исследовании многофазный углерод был использован в качестве противоядия против этой проблемы и для улучшения механических свойств RB-SiC.

Многофазный углерод состоял из мелкой аморфной сажи и крупного микросферического углерода. При инфильтрации жидким кремнием микросферический углерод расходуется, а аморфный углерод может выходить из пор, предотвращая их закупорку в результате реакций заполнения пор. Таким образом, при наблюдении за образцами P10F90, P20F80 и P30F70 характерный пик отсутствовал, что позволило многофазному углероду избежать этой проблемы и повысить прочность на изгиб по мере увеличения температуры инфильтрации и времени выдержки.

Механические свойства

Карбид кремния RB производится путем инфильтрации расплавленного кремния в пористую углеродную или графитовую преформу, где он вступает в реакцию с углеродом, образуя SiC и создавая превосходный износо-, ударо- и химически стойкий керамический материал, который выпускается различных форм и размеров - от простых конусов и втулок до крупных деталей для горнодобывающей и перерабатывающей промышленности.

Состав композитного прекурсора, особенно соотношение PF и FA, влияет на скорость реакции между углеродом и жидким кремнием во время высокотемпературного пиролиза. Многофазный углерод улучшает проникновение жидкого кремния через поры в пористых преформах; градированные источники углерода помогают контролировать содержание как b-SiC, так и свободного Si.

Прочность на изгиб и модуль упругости карбида кремния RB могут быть значительно увеличены за счет тщательной сортировки источника углерода, благодаря устранению гладких поверхностей зерен черного и белого блоков, которые вызывают межзеренное разрушение при изгибе.

Тепловые свойства

Тепловые свойства керамики из карбида кремния с реакционной связью зависят от типа и пропорции связки. Реакционно-связанный карбид кремния (RBSC), инфильтрованный частицами металлического кремния, внедряется в углеродные или графитовые преформы, которые не сжимаются во время этого процесса; таким образом, можно создавать детали с очень точными размерами.

После инфильтрации RBSC он подвергается высокотемпературному азотированию при высоких температурах. В результате металлический кремний превращается в нитрид SiC, а все оставшиеся поры заполняются сетевым материалом карбида кремния. XRD показывает, что эта форма содержит алмаз, a-SiC, b-SiC, Si и SiO2, а SEM показывает графитовые слои, а также аморфный углерод.

Благодаря наличию графитового слоя RBSC демонстрирует более низкие значения k, чем спеченный SiC, но при этом превосходит NSIC. Кроме того, она значительно превосходит керамику на основе SiO2 по коррозионной стойкости, стойкости к высоким температурам, стойкости к тепловому удару и способности поглощать тепловой удар.

Электрические свойства

Реакционно связанный карбид кремния обладает отличными электрическими свойствами, такими как низкое удельное сопротивление и высокая теплопроводность. Эти свойства делают его отличным выбором материала для электрических нагревательных элементов. Кроме того, его химическая инертность и устойчивость к окислению делают его пригодным для изготовления печных термопар, наконечников горелок, шашечных кирпичей и муфелей в печах; его превосходная устойчивость к тепловым ударам также делает его пригодным для изготовления мебели в печах.

Реакционно связанный SiC может быть создан в процессе смешивания тонко разделенных интимных смесей сика и углерода с пластификатором, затем придания формы и сжигания пластификатора перед его инфильтрацией жидким или газообразным кремнием. Эта реакция позволяет кремнию соединиться с углеродом и получить больше карбида кремния, который затем вступает в реакцию с исходным карбидом кремния, образуя композит, состоящий из a-SiC, b-SiC и остаточного Si.

Утверждается, что во время инфильтрации гранулы a-SiC и b-SiC, образовавшиеся во время реакции, равномерно распределены по пористой преформе без образования комков, что, вероятно, объясняется тем, что капиллярные каналы не блокируются вновь образованными частицами b-SiC.