Карбид кремния как конструкционный материал

 

Конструкчионные керамические материалы разделяют на два типа: кислородосодержащие (включая силикаты и стеклокерамику) и бескислородные (карбиды, нитриды, бориды). Долгое время материаловеды не рассматривали керамику, как возможный конструкционный материал в связи с тем, что показатели хрупкости были очень плачевны. Но другими своими свойствами (термостойкость, коррозийная стойкость, твердость, прочность), а также дешевезной и доступностью сырья они во многом превосходят Ме, об этом уже было сказано выше.

Повышенная хрупкость обусловлена низкой подвижностью дефектов, что связано со специфической (ковалентно – ионной) связью керамических структур. Поэтому с ней стараются бороться всеми возможными способами. Один из способов – тонкий помол, но как я говорил выше, это очень сложно. Высокопрочные материалы из карбида кремния получают путем горячего прессования[9].

Карбид кремния со своими свойствами используют в сельскохозяйственном машиностоении, как режущий инструмент (шлифпорошки), в бумагоделательном, в нефтяном и химическом машиностроении.

В нефтедобывающей и химической отраслях промышленности получил широкое применение реакционноспеченный (самосвязный) карбида кремния.

Карбидокремниевые подшипники скольжения торцевого и радиального типа используются вместо обычных стальных когда речь идет об эксплуатации насосов и других агрегатов, контактирующих с агрессивными и абразивосодержащими средами. Опыт эксплуатации карбидокремниевых подшипников показывает, что их износостойкость и коррозионная стойкость определяются высокой плотностью (минимальной пористостью и содержанием свободного кремния) и мелкозернистой структурой материала.

ФГУП НИИ НПО "Луч" разработал технологию получения реакционноспеченного карбида кремния, удовлетворяющего этим требованиям.

 

Рис. 3.1. Подшипники из карбида кремния

 

Таблица 3.1

Свойства карбида кремния, полученного методом рекристаллизационного спекания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.2.

Данные о реакционноспеченном карбиде кремния, полученные в ФГУП НИИ НПО "Луч"

Фазовый состав, % мас. :	SiC   90 - 95,   Siсв< 10
Плотность, г/см3	3,10 ± 0,05
Структура	поликристаллическая, мелкозернистая
фракционный состав зёрен	0,1- 28 мкм
Прочность на изгиб при 20°С, Мпа	280 – 320
Коррозионная стойкость, мг/см2 сутки:
-потеря массы при кипячении  в воде	< 0,001
-потеря массы при кипячении в 1Н растворе HF	< 0,01
-потеря массы при кипячении  в 1Н растворе NaOH	< 0,01
Ресурс работы в составе погружных насосов, час	>10000
Теплопроводность, Вт/м*К-1	180
Твердость кг/мм2	> 2600
Вязкость разрушения по Палмквисту (W)   KH/мм	> 0,12

 

Основное средство измерения высоких температур – термоэлектрический преобразователь (термопара). В большинстве случаев необходимы гильзы или чехлы для термопар, защищающие чувствительный элемент от химического и механического воздействия. При этом материал чехла должен иметь высокую теплопроводность, чтобы обеспечить быстрый перенос тепла от нагретого вещества к термодатчику. Иначе быстрые изменения температуры не будут своевременно зафиксированы, что может привести к нарушениям условий проведения процесса. 

Самые распространенные и прочные чехлы для термопар – стальные, но в коррозионно-активных средах и при температуре свыше 1000 градусов предпочтительна защита из керамики. SiC карбид кремния обладает подходящими свойствами, но в чистом виде не поддается спеканию. Он обычно применяется в качестве огнеупорного материала в композите с алюмосиликатными связующими при массовой доле основного вещества 88 – 92%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Власов А.С. Конструкционная керамика. Учебное пособие. МХТИ им.Д.И.Менделеева, 1985 - 70с.
2. Мэттьюз Ф., Ролингс Р. Композиционные материалы. Механика и технология. Пер. с англ. – М.: Техносфера, 2004 - 408 с.
3. Балкевич В.Л. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1984 - 256 с.
4. Карелин В.А, Андриец С.П. Исследование влияния температуры синтеза на образование карбида кремния различных кристаллических модификаций //Отраслевая научно-техническая конференция “Технология и автоматизация  атомной энергетики” ТААЭ-2005 - 183с.
5. Семченко Г.Д. Конструкционная карборундовая керамика с повышенной трещиностойкостью // Стекло и керамика. - 1990. - №12 - С. 16 - 17.
6. Лифанов В.С., Каблов В.Ф. исследование эластомерных материалов с микродисперсными отходами карбида кремния // Современные проблемы науки и образования – 2014. - №5 – С. – 15- 17.
7. http://www.virial.ru/materials/473/
8. Гаршин А.П. Керамика для машиностроения. М.: ООО Издательство “Научтехлитиздат”, 2003. - 384с.
9. Третьяков Керамика в прошлом, настоящем и будущем // Русский перепел – 1998 - №6 – с. 53-57.