Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Процессы с участием реакций в газовой и жидкой фазах




Читайте также:
  1. Nbsp;   7 Определение реакций опор для группы Ассура
  2. Автогенные процессы в расплавах
  3. Адсорбция и биологические процессы.
  4. АЛЬЯНСЫ С ДОЛЕВЫМ УЧАСТИЕМ
  5. Анализ источников и синтетические процессы
  6. Аналогично вышеприведенному необходимо описать все основные геологические процессы, которые происходят на заданном участке).
  7. Атмосфера и Солнце. Климатообразующие процессы
  8. Базовые понятия: информация, информационные процессы
  9. Билет 44. Домна, её назначение и конструкция, химические процессы в ней
  10. Бюджетная система Российской Федерации. Бюджетное устройство. Влияние бюджета на социально-экономические процессы.

 

Порошки бескислородных тугоплавких соединений с преимущественно ковалентной межатомной связью не поддаются спеканию без приложения давления и для их спекания используют специальные добавки, формирующие структуру границ зерен в керамическом материале. Это часто нежелательно, поскольку наличие легкоплавких зернограничных фаз приводит к деградации механических свойств спеченных материалов. В связи с этим при изготовлении бескислородных керамических материалов широко используют процессы реакционного связывания. Формирование структуры при этом происходит в результате реакций in situ непосредственно в процессе обжига. В частности, карбидокремниевая керамика может быть получена посредством связывания частиц SiC продуктом взаимодействия кремния с углеродом с участием жидкой или паровой фазы. Взаимодействие кремния с азотом используется для получения реакционно-связанного нитрида кремния.

Технология реакционного связывания позволяет устранить ряд проблем, обусловленных большей линейной усадкой при спекании оксидных материалов, и избежать тем самым коробления и растрескивания изделий при обжиге. Реакционное связывание сопровождается изменением массы спекаемого тела и определяется процессами массопереноса на расстояниях, сопоставимых с размером всего полуфабриката изделия, тогда как при обычном спекании эти расстояния сопоставимы с размерами спекаемых частиц.

Реакции с участием газовой фазы. Процесс основан на взаимодействии пористой заготовки с газовой фазой при высоких температурах и заполнении порового пространства продуктами реакции, без усадки пористого каркаса. Необходимым условием данного процесса является наличие системы взаимопроникающих пор, чтобы обеспечить доступ к материалу реакционной газовой среды. Наиболее важные технологические факторы – относительная плотность пористой заготовки, дисперсность частиц порошка и их геометрическая форма, температурно-временные параметры проведения процесса.

При изготовлении реакционно-связанного нитрида кремния (РСНК) в качестве исходного компонента используют элементный кремний (плотность 2,33 г/см3). Поскольку плотность Si3N4 составляет 3,18 г/см3, то образование нитрида кремния сопровождается увеличением объема на 22 % и приростом массы на 66,6 %. Размер пор в процессе азотирования уменьшается на 2…3 порядка. Это затрудняет дальнейшую инфильтрацию газа к частицам кремния, уплотнение материала и препятствует полноте превращения.



Полнота превращения кремния в Si3N4 возрастает с уменьшением исходной плотности пористого компакта, размера частиц кремния и повышением температуры проведения процесса. Для повышения уровня достигаемой плотности к исходному порошку кремния может быть добавлен порошок Si3N4.

На фазовый состав (соотношение a и b модификаций Si3N4) влияют температура проведения процесса, чистота исходных компонентов, состав газовой среды. При пониженных температурах происходит образование игольчатых кристаллов a-Si3N4, а с приближением температуры к температуре плавления кремния преобладающим становится образование b-Si3N4.

Влияние различных факторов на характеристики РСНК приведены в табл. 9.2.

Таблица 9.2

Влияние условий азотирования на характеристики РСНК

 

Условия процесса азотирования Влияние на характеристики РСНК
Увеличение длительности процесса Увеличение соотношения a/b фаз
Низкая температура (<1350 °С) Высокое соотношение a/b, тонкая микроструктура
Промежуточная температура (1350…1410 °С) Огрубление микроструктуры, увеличение размера пор
Высокая температура (>1410 °С) Огрубление микроструктуры, высокое содержание b-фазы
Увеличение удельной поверхности порошка Увеличение соотношения a/b фаз
Повышение давления азота Повышение дисперсности структуры и содержания b-фазы
Введение водорода в реакционную газовую смесь Увеличение соотношения a/b фаз, повышение дисперсности
Введение железа Увеличение содержания b-фазы при высоких температурах

 



Механические свойства РСНК зависят от состояния поверхности исходных порошков и от содержания кислорода. Повышение содержания кислородсодержащих силикатных фаз по границам зерен снижает прочность РСНК при высоких температурах. В то же время оксидные и оксиднитридные фазы, расположенные по границам зерен не равномерно, а в виде вязких включений, могут тормозить распространение трещины, повышая тем самым прочность РСНК.

Общим недостатком реакционно-связанных с участием газовой фазы материалов является наличие остаточной пористости. Вследствие этого механические свойства ниже, чем горячепрессованного. Однако реакционное связывание часто позволяет избежать резкой деградации механических свойств при высоких температурах, присущей материалам, изготовленным с введением спекающих добавок, которые образуют относительно легкоплавкие зернограничные фазы.

Реакции с участием жидкой фазы. Процессы взаимодействия с участием жидкой фазы широко используют при изготовлении карбидокремниевых материалов, проводя инфильтрацию расплавом кремния заготовок, содержащих карбид кремния и углерод.



Инфильтрация расплава металла в пористую заготовку происходит под действием капиллярных сил, и глубина пропитки зависит от таких параметров, как поверхностное натяжение и плотность расплава, угол смачивания инфильтрируемого материала расплавом, размер пор в заготовке. Кинетика инфильтрации определяется параметрами вязкого течения расплава через поровое пространство Пропитка крупногабаритных заготовок может происходить в течение весьма длительных периодов времени. Например, инфильтрация расплава кремния на глубину 30 см в пористую заготовку происходит за 36 ч. Поэтому разработан другой вариант технологии, предусматривающий введение порошка кремния в исходную шихту с последующим его расплавлением в пористой заготовке.

Недостатком самосвязанного карбида кремния, полученного с участием реакций в жидкой фазе, является снижение прочности при высоких температурах из-за присутствия в структуре материала свободного кремния, содержание которого может достигать 8…40 об.%. Другой особенностью является возможность получения различной микроструктуры на поверхности и в объеме изделия. Тем не менее, материалы из реакционно-связанного SiC находят широкое применение в промышленности, например для изготовления оснастки печей полупроводниковой промышленности, а также в двигателестроении.

Реакционное спекание можно комбинировать с другими процессами уплотнения, такими, как горячее и горячее изостатическое прессование. Его можно проводить также и в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

 


Дата добавления: 2014-12-23; просмотров: 20; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.009 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты