Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции_2 / ТЛ9_карбид кремния

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
901.45 Кб
Скачать

06.12.2013

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

( )

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