VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Актуальность данной работы не вызывает сомнения в связи с тем, что одним из широко применяемых и востребованных углеродосодержащих материалов на сегодняшний день является силицированный графит, ввиду его коррозионной и эрозионной стойкости, сочетающего высокую жаропрочность, жаростойкость и стойкость к многократным теплосменам [1].

Цель работы: исследовать принципиальную возможность получения силицированного графита методом порошковой металлургии.

В качестве исходных материалов для получения силицированного графита была использована графитсодержащая композиция. Для проведения экспериментов была подготовлена шихта с различным соотношением компонентов, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Соотношение процентных составов образцов

Наименование образцов	Процент от общей массы. %
	SiO2	C
Серия А	40	60
Серия В	70	30
Серия С	60	40

Установление фазового состава полученного материала осуществлялось на рентгеновском дифрактометре ДРОН–3 с автоматической записью результатов в файл в виде таблицы углов и интенсивностей. Рентгенографирование велось в пошаговом режиме на медном излучении. Обработка дифрактограмм сводилась к удалению фона, нахождению угловых положений линий и определению их интенсивностей. Для определения фазового состава был взят прототип силицированного графита [2]. Как видно на рисунке 1а в прототипе силицированного графита наблюдается присутствие трех фаз: карбид кремния (SiC), свободный углерод (С) и кремний (Si). Это соответствует трехфазному составу силицированного графита, содержащий углерод, карбид кремния и непрореагировавщий или свободный кремний.

Карбид кремния имеет исключительно высокую твердость, уступая только алмазу и карбиду бора. Материал хрупкий, устойчив в различных химических средах, в том числе при высоких температурах. В основе технологии лежит инфильтрация внутрь графитовой заготовки кремния (в виде расплава кремния или его паров или газа, разлагающегося с образованием кремния, например силана или окиси кремния). В результате взаимодействия с кремнием при температуре порядка 1600 °С, часть графита образует SiC, однако в составе заготовки остается как не прореагировавший графит, так и свободный кремний. Полученный материал обычно имеет плотность от 2,2 до 2,8 г/см³, хотя, применяя силицирование из газовой фазы, можно добиться более высокой плотности [3].

По данным рентгенофазового анализа (рисунка 1 б в г) видно, что материал, полученный при взаимодействии технического углерода с кварцевым песком, имеет аморфное состояние. Выявлено, что диоксид кремния (SiO₂) и карбид кремния (SiC) имеют гексагональную структуру с параметром кристаллической решетки 0,4903 нм и 0,3073 нм соответственно. Также обнаружены: углерод, кремний, что приводит и к предварительному разогреву системы с последующим образованием карбида (SiO₂+3C→SiC+2CO), который соответствуетпо структуре силицированному графиту. Тем не менее, при процессе получения силицированного графита сохранилось фаз диоксид кремния (SiO₂) которые обладают высокой твердостью и прочностью.

а) прототип	б) А
в) Б	г) В

Рисунок 1.Рентгенофазовая дифрактограмма опытных образцов

Заключение

Экспериментальным путем были определены основные требования к компонентам для получения силицированного графита, отработаны технологические режимы спекания, определенаоптимальная температура (1550 °С) и время протекания процесса (50 мин с последующим охлаждением до комнатной в инертной среде рабочей камеры ВЧГ-135).

Анализ полученных экспериментальных данных показал:

– методом рентгеноструктурного анализа выявлено, что полученнаяосновная фазаимеет искомую гексагональную структуру карбида кремния (SiC) с параметром кристаллической решетки 0,3073 нм.

Список использованных источников

1 Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе / Фиалков А.С. М.: Аспект Пресс, 1997.

2 Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С.С. Горелик, Ю.А. Скаков, Л.Н. Расторгуев – М.: МИСИС, 2002. – 360 с.

3 Properties and Characteristics of Silicon Carbide, A.H. Rashed // Poco Graphite, Inc. 2002.–19 p. [Электронныйресурс]. – Режимдоступа: http://www.poco.com., свободный.

Код для цитирования: Скопировать