Реакційно зв'язаний карбід кремнію

Реакційно зв'язаний карбід кремнію (RBSC) - це надзвичайно твердий і міцний керамічний матеріал з чудовою механічною міцністю, ударостійкістю, хімічною стабільністю і здатністю до формування, що робить його придатним для різних застосувань.

RB-SiC має меншу твердість порівняно зі спеченим карбідом кремнію, але його легше і дешевше виготовляти, при цьому він має чудові властивості стійкості до термічних ударів.

Фізичні властивості

Процес RMI використовує частинки a-SiC, інкорпоровані в пористу вуглецеву преформу (G0), перед інфільтрацією рідким кремнієм для отримання реакційно зв'язаного карбіду кремнію. Однак, на жаль, рідкий кремній може спричинити закупорювання пор внаслідок процесу інфільтрації, і тому в цьому дослідженні багатофазний вуглець використовувався як антидот проти цієї проблеми і для покращення механічних властивостей RB-SiC.

Багатофазний вуглець складався з дрібнодисперсної аморфної сажі та грубого мікросферичного вуглецю. При інфільтрації рідким кремнієм мікросферичний вуглець споживається, в той час як аморфний вуглець може виходити з пор, щоб запобігти реакціям заповнення пор і їх засміченню - таким чином, при спостереженні за зразками P10F90, P20F80 і P30F70 характерний пік не був присутній, що свідчить про те, що багатофазний вуглець допоміг уникнути цієї проблеми і поліпшити міцність на вигин при збільшенні температури інфільтрації і часу замочування.

Механічні властивості

Карбід кремнію RB виробляється шляхом інфільтрації розплавленого кремнію в пористу вуглецеву або графітову заготовку, де він реагує з вуглецем, утворюючи SiC, і створює видатний зносостійкий, ударостійкий і хімічно стійкий керамічний матеріал, який випускається в різних формах і розмірах, починаючи від простих конусів і втулок і закінчуючи великими інженерними деталями для гірничодобувної або переробної промисловості.

Склад композитного прекурсору, особливо співвідношення ПФ і ФА, впливає на швидкість реакції між вуглецем і рідким кремнієм під час високотемпературного піролізу. Багатофазний вуглець покращує проникнення рідкого кремнію через пори в пористих преформах; диференційовані джерела вуглецю допомагають контролювати вміст як b-SiC, так і вільного Si.

Міцність на вигин і модуль пружності карбіду кремнію RB можна значно підвищити шляхом ретельного сортування джерела вуглецю, завдяки усуненню гладких чорних і білих поверхонь блочних зерен, які спричиняють міжкристалічне руйнування під час згинання.

Термічні властивості

Термічні властивості реакційно зв'язаної кераміки з карбіду кремнію залежать від типу і частки зв'язки. Реакційно зв'язаний карбід кремнію (RBSC), інфільтрований металевими частинками кремнію, інфільтрований у вуглецеві або графітові преформи, які не дають усадки під час цього процесу; таким чином можна створювати деталі з дуже точними розмірами.

Після інфільтрації RBSC він піддається високотемпературному азотуванню при високих температурах. Це перетворює металевий кремній на нітрид SiC і заповнює всі пори, що залишилися, сітчастим матеріалом карбіду кремнію. XRD показує, що ця форма містить алмаз, a-SiC, b-SiC, Si і SiO2, тоді як SEM показує шари графіту, а також аморфний вуглець.

Завдяки графітовому шару RBSC має нижчі значення k, ніж спечений SiC, проте перевершує показники NSIC. Крім того, вона значно перевершує кераміку на основі SiO2 за корозійною стійкістю, стійкістю до високих температур, стійкістю до термічних ударів і здатністю поглинати термічні удари.

Електричні властивості

Реакційно зв'язаний карбід кремнію має чудові електричні властивості, такі як низький питомий опір і висока теплопровідність. Ці властивості роблять його чудовим матеріалом для електричних нагрівальних елементів. Крім того, його хімічна інертність і стійкість до окислення роблять його придатним для виготовлення пічних термопар, наконечників пальників, шашільних цеглин і муфелів у печах; його чудова стійкість до термічних ударів також робить його придатним для використання в якості меблів у печах.

Реакційно зв'язаний SiC може бути створений в процесі змішування дрібнодисперсних сумішей кремнію і вуглецю з пластифікатором, потім формування і випалювання пластифікатора перед просочуванням його рідким або газоподібним кремнієм. Ця реакція дозволяє кремнію зв'язуватися з вуглецем, утворюючи більше карбіду кремнію, який потім реагує з вихідним карбідом кремнію, утворюючи композит, що складається з a-SiC, b-SiC і залишкового Si.

Під час інфільтрації стверджується, що гранули a-SiC і b-SiC, утворені під час реакції, рівномірно розподілені по пористій преформі без утворення грудок, що, ймовірно, пов'язано з тим, що капілярні канали не заблоковані новоутвореними частинками b-SiC.