MC-W-Wyklad_09_Materialy-kowalencyjne.pdf

(1321 KB) Pobierz
2013-06-12
Materiały
Kowalencyjne
Materiały Kowalencyjne
Materiały Kowalencyjne
Węgliki
… związki chemiczne węgla z metalami
Węgliki kowalencyjne (diamento-podobne)
- SiC, B
4
C;
Węgliki jonowe
– solo-podobne, węgliki metali I-III grupy;
Węgliki interstycjalne
– wewnątrzsieciowe, węgliki metali przejściowych –
TiC, WC;
1
2013-06-12
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu - Polimorfizm
β-SiC
– symetria regularna typu sfalerytu;
α-SiC
– symetria heksagonalna lub romboedryczna typu wurcytu (>300
politypów)
β -SiC
α-SiC (>2100ºC)
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – Otrzymywanie
Metoda Achesona
… karbotermiczna redukcja krzemionki, najstarsza (koniec XIX w.) i
najbardziej rozpowszechniona, tania, oparta na reakcji:
SiO
2
+ 3C
SiC + 2CO
•
•
•
•
•
•
•
surowce: piasek, sadza, koks, katalizatory (NaCl, NaF);
synteza zachodzi w tzw. piecach Achesona;
produkt kruszy się, miele i klasyfikuje;
proszek o czystości technicznej ~95-98% SiC, karborund;
stosowany głównie jako materiał ścierny i polerski;
nie nadaje się do spiekania ze względu na zbyt duże zanieczyszczenie
SiO
2;
nadaje się do otrzymywania tworzyw SiC reakcyjnie wiązanych.
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – Otrzymywanie
Metoda bezpośredniej syntezy
•Si
+ C
SiC
reakcja zachodzi powoli, wymaga długich czasów wskutek tworzenia się
warstwy SiC na ziarnach węgla;
Metoda SHS
•
gwałtowne spalanie proszków Si i C;
•
złoże osiąga poprzez samoogrzewanie temparaturę ~2500
o
C;
•
synteza zachodzi wskutek topienia krzemu i reakcji z aktywną sadzą;
•
stopień przereagowania ~100%;
•
czas ~30s;
2
2013-06-12
Węglik Krzemu – Otrzymywanie
Chemiczna krystalizacja z fazy gazowej (CVD)
SiCl
4
+ C
7
H
8
+2H
2
SiC + 4HCl + n C
x
H
y
•
temperatura 1300-2000C;
•
możliwość
otrzymywania
różnych
form
krystalicznych:
proszek,
warstwy, włókna (whiskersy);
Rozkład prekursorów organometalicznych
możliwość wytwarzania włókien monokryształów włoskowatych i włókien
ciągłych;
Węglik Krzemu – Spiekanie
Podział ze względu na metodę zagęszczania:
•
rekrystalizowany –
RSiC;
•
reakcyjnie wiązany –
RBSiC;
•
spiekany swobodnie –
SSiC;
•
prasowany na gorąco –
HPSiC;
•
izostatycznie prasowany na gorąco –
HIPSiC.
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – rekrystalizowany - RSiC
Spiekana jest mieszanina dwóch frakcji
proszku SiC gruboziarnistej (~20μm) i
drobnoziarnistej (~1 μm) w temperaturze
2200-2400°C. Drobne ziarna ulegają
sublimacji
i
poprzez
fazę
gazową
rekrystalizują w miejscach kontaktów
dużych ziaren z utworzeniem wiążącej duże
ziarna. Materiał spieka się bez skurczu do
gęstości ok. 80%.
3
2013-06-12
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – reakcyjnie wiązany - RBSiC
Ziarna
proszku
α-SiC
wiązane
są
drobnokrystalicznym SiC powstającym
in
situ
w reakcji krzemu i węgla w procesie
prowadzonym w temperaturze powyżej
temperatury topnienia krzemu.
a-SiC
pierwotny
b-SiC
epitaksjalny
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – spiekany swobodnie - SSiC
Metodę spiekania SiC do wysokich gęstości opracował S. Prochazka (1973)
Wymagania:
•
proszek SiC <0,8 μm
•
wysoka czystość chemiczna (suma zanieczyszczeń <0,5%)
•
dodatek boru lub glinu (do 0,5%)
•
dodatek węgla do 4% w postaci warstwy na powierzchni ziaren
Warunki spiekania:
•
temperatura 2150-2350
o
C
•
atmosfera argonu lub azotu
Właściwości spieczonych tworzyw:
•
d = 3,01-3,2 g/cm
3
•
porowatość 0-5%
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – prasowany na gorąco – HPSiC i HIPSiC
HPSiC
•
•
•
•
•
temperatura prasowania do 2150°C
prasowanie w formach grafitowych przy P
max
= 50 MPa
dodatki: Al, B, Fe
2
O
3
, MgO, Al
2
O
3
i inne (źródło fazy ciekłej)
tworzywa praktycznie pozbawione porowatości
proste kształty
HIPSiC
•
•
temperatura prasowania do 2150°C
ciśnienie do 300 MPa
4
2013-06-12
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – Właściwości
Gęstość, g·cm
-3
Temperatura rozkładu, C
Współczynnik
rozszerzalności cieplnej, K
-1
Przewodność cieplna,
W· (m·K)
-1
Przewodność elektryczna ,
W·cm
-1
3,22
2830
4·10
-6
170
0,1
Moduł Younga , GPa
Moduł ścinania, GPa
Wytrzymałość, MPa
K
Ic
, MPa·m
�½
Twardość Vickersa, GPa
390-440
170
350-640
4-5,5
21-33
•
nierozpuszczalny w kwasach organicznych i ich mieszaninach;
•
odporny na HF;
•
odporny na utlenianie – pasywacja powierzchniową warstwą SiO
2;
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – Właściwości
Materiały Kowalencyjne
Węglik Krzemu – Zastosowanie
•
•
•
•
•
•
•
elementy maszyn -
części silników, turbin, łopatki wirników, gniazda
zaworów;
elementy aparatury chemicznej
- mufle pieców, wykładziny
elektrolizerów, wykładziny reaktorów;
elementy odporne na ścieranie
- dysze do piaskowania, dysze do
spawania, ustniki do cięcia wodnego;
wymienniki ciepła;
elementy grzewcze;
materiały do obróbki mechanicznej metali
- ściernice, przecinaki,
proszki ścierne i polerskie;
elementy konstrukcyjne pieców przemysłowych;
5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin