Доклад на тему: "Технология получения керамических материалов на основе карбида кремния"

Технология получения керамических материалов на основе карбида кремния Критерии образования, термодинамика и технология получения твердых растворов на   основе  SiC  разрабатываются   на   кафедре   экспериментальной   физики   ДГУ   под руководством Сафаралиева Г.К. [1].  Известно, что для определения границ взаимной растворимости в полупроводниках используются   различные   корреляции.   Исходя   из   корреляций   между   максимальной растворимостью   элементов   в   карбиде   кремния   и   их   отрицательностью,   а   также   между орбитальными радиусами элементов, авторы [2] определили системы, в которых наиболее вероятно образование твердых растворов, таких как (SiC)1­xПх. Здесь П­Al, Be и т.д. Анализ взаимной   растворимости   на   основе   этих   корреляций   для   систем  SiC­BeO  и  SiC­AlN показывает, что они должны образовать ограниченные твердые растворы. Для электронной техники   большое   применение   найдут   непрерывный   ряд   твердых   растворов     карбида кремния   с   прямозонным   полупроводником­   нитрид   алюминия   и   ограниченные   твердые растворы SiC­ окись бериллия. Известно,   что   в   силу   своей   ковалентной   кристаллохимической   природы,  SiC относится к числу «трудных» для спекания материалов, в связи с чем предварительная активация   порошка   (повышения   его   внутренней   энергии)   здесь   приобретает   особое значение. Поэтому для карбида кремния, в отличие от традиционных способов получения гетерогенных   керамических   материалов   на   легкоспекающих   оксидных   связках, потребовалась разработка новых методов спекания, позволяющих получить беспористые малопористые   материалы.   Хотя   порошок   карбида   кремния   активизируется   при измельчении   в   результате   образования   различного   рода   разупорядочений,   дефектов, дислокаций,   перенос   масс   путем   пластической   деформации   кристаллической   решетки исключается. Основная роль в переносе массы при твердофазном уплотнении принадлежит диффузии.   Для   включения   в   процесс   массопереноса   источников   разупорядочения необходимо более существенное дистабилизирующее воздействие на решетку.  Как следует из литературы [2­3], таким воздействием является глубокое разрыхление решетки  SiC  путем   диффузного   внедрения   в   него   атомов   некоторых   активирующих добавок,  благодаря   чему   запускаются   в   действие   практически   все   механизмы   переноса масс.   Таким   диффузно­активным   по   отношению   к  SiC  являются   добавки   ряда   легких элементов   (B,Be,Al  и   др.)   и   их   соединения.   Образуя   твердые   растворы,   добавки деформируют   решетку,   повышают   концентрацию   вакансий,   создают   обусловленные градиентом концентрации направления, что облегчает самодиффузию. Помимо активации порошка  SiC, добавления различных активизирующих добавок, спекания   с   приложением   внешнего   давления   (горячее   прессование)   тоже   является эффективным технологическим приемом, стимулирующим уплотнение. Анализ специфизики спекания SiC предопределил основные технологические методы получения высокоплотных керамических материалов, а именно: измельчение (активизация), активирующие добавки и горячее прессование. Для получения керамических материалов на основе  SiC  с   нами   использовался   зеленый   порошок   карбида   кремния   Запорожского абразивного   комбината   (ЗАК).   Были   отобраны   две   партии   ЗАКовского   порошка  SiC, исходная дисперсность которых составляла 5 мкм, и 20 мкм. В качестве активирующих добавок использовались также порошки оксида бериллия, порошки нитрида алюминия из СКТБ   неорганических   материалов   ИНХ   АН   Латвии.   Порошок   карбида   кремния переламывался   в  шаровой   мельнице,  футерованной   реакционноспеченными   плитками   из SiC, а затем подвергался центрифугированию, очищению и удалению с поверхности пленки SiO2  в   плавиковой   кислоте.   Гранулометрический   анализ   обработанный   таким   образом порошков   карбида   кремния   исходной   дисперсности   2   мкм   и   20   мкм   и  I  3,6   мкм соответственно. Полученные таким образом порошки смешивались с порошками оксида бериллия и нитрида алюминия в следующих пропорциях: Таблица 1 Содержания компонент и дисперсность Компоненты Дисперсность SiC AlN МКМ 2,4 I Массовые %  компонента 90 I0 70 30 50 50 30 70 I0 90 Керамика   на   основе  SiC­BeO  и  SiC­AlN  была   получена   методом   горячего прессования в атмосфере СО2  и азота. Температура спекания  SiC­AlN  в зависимости от состава колебалась от 2I50­2250 К. После проведения процесса горячего спекания образцы извлекались из графитовых прессеформ   и   подвергались   резке,   шлифовке   и   полировке;   алмазным   инструментом образцы доводились до необходимого размера. Таким образом, были получены образцы структурных, теплофизических, электрических и механических измерений.