Лекции_2 / ТЛ9_карбид кремния
.pdf06.12.2013
Карбид кремния
Распределение научных публикаций по карбиду кремния в год в политематической базе данных CAPLUS
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
1 |
06.12.2013
Распределение документов по видам публикации
(БД CAPLUS, MEDLINE)
Распределение публикаций по предметным указателям в БД CAPLUS
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
2 |
06.12.2013
Распределение публикаций по предметным указателям в БД CAPLUS
Анализ наиболее часто используемых ключевых слов, характеризующих структурные модификации SiС в БД CAPLUS
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
3 |
06.12.2013
Анализ наиболее часто используемых ключевых слов, характеризующих углеродсодержащие соединения в БД CAPLUS
Анализ наиболее часто используемых ключевых слов, характеризующих кремнийсодержащие соединения в БД CAPLUS
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
4 |
06.12.2013
Свойства и применение
карбида кремния |
Применение SiC |
Свойства SiC |
1. Высокая температура плавления, |
1. |
2.Высокая прочность,
|
|
2. |
3. |
Низкая плотность, |
3. |
|
|
|
4. |
Низкий коэффициент теплового |
|
|
расширения, |
4. |
5. |
Высокий показатель микротвердости, |
5. |
6.Высокая химическая устойчивость,
6.
7.Высокое сопротивление износу.
7.
Авиа- и ракетостроение,
Термобарьерные материалы,
Композиционные материалы,
Приборостроение,
Электроника,
Абразивные и режущие инструменты,
Сенсорика.
|
|
|
|
|
Режущие диски |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
из карбида |
Вентилируемые |
Оптический блок для |
|
|
Нагреватель из |
||
Лопатки турбин |
|
кремния |
||||
тормозные |
спутниковой связи |
керамики на основе SiC |
||||
диски для легковых |
|
|
с антикоррозийным |
|
||
автомобилей |
|
|
|
покрытием из |
|
|
|
|
|
нанокристаллов SiC |
|
Свойства карбида кремния
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
5 |
06.12.2013
Элементарная структурная единица – тетраэдр CSi4 (а), проекция положений атомов кремния и углерода в элементарной кристаллографической ячейке кубической (б)
и гексагональной (в) симметрии
Номенклатура некоторых политипов карбида кремния
Порядок заполнения |
По |
По |
Выцкоф, |
Внесистемное |
|
|
|
||||
элементарной ячейки |
Рамсделлу |
Жданову |
Ягоджински |
обозначение |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
АВС |
3С |
( ) |
с |
β-SiC |
|
|
|
|
|
|
|
AB |
2H |
(11) |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
ABCB |
4H |
(22) |
hc |
|
|
|
|
|
|
α–SiC |
|
ABCACB |
6H |
(33) |
hcc |
||
|
|||||
|
|
|
|
|
|
ABCACB |
15R |
(323232) |
hcchc |
|
|
CABACABCB |
|
||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
6 |
06.12.2013
Температурные коэффициенты линейного расширения некоторых материалов
Материал |
Коэффициент линейного |
Температурные |
||
расширения, α·10 , К |
условия, С |
|||
|
||||
|
|
|
|
|
Алмаз |
1,18 |
|
40 |
|
|
|
|
|
|
β-SiC |
4,63 |
25 |
– 500 |
|
|
|
|
||
(поликристаллич.) |
5,77 |
25 – 2000 |
||
|
||||
|
|
|
|
|
HfC |
6,27 – 6,59 |
25 |
– 650 |
|
|
|
|
|
|
TaC |
6,29 – 6,32 |
25 |
– 500 |
|
|
|
|
|
|
SiO2 (кварц) |
7,97 |
0 |
– 80 |
|
Al2O3 синтетич. |
8,7 |
25 |
– 900 |
Температура плавления и теплопроводность для α– и β-SiC
Соединение |
Температура плавления, |
Теплопроводность*, |
(элемент) |
оС |
Вт/(м·К) |
|
|
|
α–SiC |
2970 |
490/76 |
|
|
|
β-SiC |
выше 2100 переходит в α–SiC |
320 |
|
|
|
Серебро |
961,93 |
427/374 |
|
|
|
Медь |
1083,4 |
398/357 |
|
|
|
Al2O3 |
2045 |
27/6–7 |
|
|
|
ZrC |
3533 |
~22 |
|
|
|
HfC |
3813 |
~24 |
|
|
|
*Значения теплопроводности приводятся для температур 300/1000К соответственно
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
7 |
06.12.2013
Длина волны собственного поглощения светового излучения некоторых политипов карбида кремния при 4,2 К
Политип |
Длина волны излучения, нм |
|
|
6Н–SiC |
394–406 |
|
|
15R–SiC |
400–410 |
|
|
4Н–SiC |
372–378 |
|
|
β-SiC |
500–510 |
|
|
Модуль упругости и предел прочности на разрыв основных материалов, используемых при создании структурной керамики
|
Материал |
Модуль Юнга |
Предел |
|
, |
|
|
|
прочности σ |
||||
|
|
E, ГН/м2 |
ГН/м2 |
t |
|
|
|
Монокристаллические пластины |
~400 |
9,5 – 11,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Монокристаллические |
190 – 500 |
~30 |
|
|
|
|
усы |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
SiC |
Непрерывные поликристаллические |
200 – 300 |
1,0 |
– 8,0 |
|
|
волокна |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Поликристаллические покрытия (CVD) |
380 – 490 |
0,14 |
– 0,57 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объемные поликристаллические |
240 – 460 |
0,2 – 0,35 |
|
|
|
|
материалы |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Карбид бора (монокристаллическое волокно) |
~350 |
2,7 |
– 3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Углеродное волокно (прекурсор: полиакрилонитрил) |
230 – 480 |
1,5 |
– 4,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Монокарбид циркония |
100 – 200 |
~0,11 |
|
|
|
|
Монокарбид тантала |
285 – 630 |
0,01 |
– 0,27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оксид алюминия (монокристаллическое волокно) |
330 – 550 |
14 |
– 28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
8 |
06.12.2013
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
с кислородом (при t выше 1000 ºС)
SiC(тв) + O2(г) = SiO2(тв) + CO(г) ∆G = –925 кДж/моль
Карбид кремния не взаимодействует даже при высоких температурах с такими реагентами как
хлор (до 600 ºС),
бром (до 800 ºС),
сера (пар) (до 900 ºС),
фтор (до 300 ºС)
Взаимодействие с щелочами
SiC + 2NaOH = Na2SiO3 + 3Н2O + CO2
Синтез
высокодисперсных
форм карбида кремния
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
9 |
06.12.2013
В настоящее время существует четыре основных метода синтеза нанодисперсных форм карбида кремния:
-Карботермическое восстановление диоксида
кремния
-Химическое осаждение из газовой фазы (CVD метод)
-Физическое осаждение из газовой фазы (PVD метод)
-Термическая деструкция полимерных
кремнийорганических соединений
Карботермическое восстановление диоксида кремния:
SiO2 (тв./ж.) + 3C (тв.) = SiC (тв.) + 2CO (г.) (∆Ноr(298) = 618,5 кДж/моль)
Наиболее вероятный механизм реакции:
SiO2 (тв./ж.) + 3C (тв.) = SiО (г.) + 2С (тв.) + CO (г.)
SiO (г.) + 2C (тв.) = SiС (тв.) + CO (г.)
Основные процессы, протекающие в системе SiO2+3C
I |
II |
III |
|
|
|
|
|
SiO2 + C → SiO + CO |
SiO + 2C → SiC + CO |
Si(г) + C → SiC |
|
2SiO2 + SiC → 3SiO + CO |
2Si(г) + CO → SiC + SiO |
||
SiO + SiC → 2Si + CO |
|||
SiO2 + Si → 2SiO |
Si (ж) → Si (г) |
||
|
При температуре ниже 1500º С скорости процессов распределены как:
– I > II > III.
При температурах от 1500 до 1800º С, скорость процессов в группах I и II приблизительно равна
Выше 1800º С в системе в основном протекают процессы из группы III.
© ИОНХ РАН © Севастьянов В.Г., |
|
Попов В.С. |
10 |