Карбид и нитрид кремния » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Карбид и нитрид кремния

24.06.2021

Карбид кремния


До сих пор кристаллическая структура SiC подвергается тщательным исследованиям в связи с тем, что это соединение имеет модификации, которые в определенных условиях переходят из одной в другую. Сейчас надежно установлено существование восьми модификаций карбида кремния: SiC I, SiC II и т. д.

Модификации карбида кремния можно рассматривать как совокупность слоев из атомов кремния и углерода, смещенных друг относительно друга и чередующихся так, что образуется либо кубическая, либо гексагональная упаковка из тетраэдрических структур SiC4 и CSi4, в которых атомы каждой тетраэдрической решетки занимают половину тетраэдрических пустот другой решетки.

Модификации карбида кремния различаются термодинамической стабильностью. Появление и рост определенной модификации связаны с наличием той или иной степени напряженности системы, вызванной наличием примесей, адсорбированных растущей поверхностью кристаллов, степенью пересыщения среды при кристаллизации, термическими напряжениями в условиях высоких температур процесса роста кристаллов.

При температуре до 2100 °С наиболее стабильна кубическая форма карбида кремния; устойчивость этой модификации подтверждается тем, что она обычно образуется при синтезе карбида кремния.

При температуре выше 2093 °С кубический карбид кремния SiC переходит в a-SiC с гексагональной структурой, причем вначале этот процесс идет медленно, но при 2400 °С он проходит быстро и до конца. Добавка 0,2 % Al стабилизирует высокотемпературные модификации карбида кремния.

Химически чистый карбид кремния бесцветен, а технический — окрашен в зеленоватый или сине-черный цвет. Зеленый карбид кремния состоит преимущественно из SiC Il и имеет более высокие абразивные свойства, чем черный карборунд, представляющий смесь -60 % SiC II и 40 % SiC III.

Карбид кремния — полупроводник с электросопротивлением, лежащим между электросопротивлением металлических проводников и изоляторов.

Образование на поверхности карбида кремния ионной пленки из оксида SiO обусловливает его выпрямляющее действие, а также отрицательный температурный коэффициент сопротивления и фототок.

Химическая стойкость карбида кремния очень высокая. Он разлагается лишь смесью азотной и плавиковой кислот, а также фосфорной кислотой. Карбид кремния, однако, легко разлагается расплавленными щелочами с образованием силикатов.

Водород, азот и углекислый газ не действуют на него до весьма высокой температуры. Хлор начинает оказывать воздействие при 400-600 °C, а кислород — при 800 °С. Скорость окисления карбида кремния существенно зависит от наличия в нем примесей. Щелочные металлы, железо и медь ускоряют процесс окисления.

Основные свойства карбида кремния (70,04 % Si) приведены ниже (Г.Г. Гнесин):

Карбид кремния в виде «усов» применяется при создании высокопрочных композиционных материалов, В виде порошка карбид кремния применяется в качестве абразивного материала, а в виде монокристаллов — для производства детекторов.

Из карбида кремния изготавливаются малогабаритные нелинейные сопротивления, а также игнитронные поджигатели с повышенной механической прочностью.

Карбид кремния применяется также как кислотостойкий материал в химической промышленности и в лабораторной практике.

Нитрид кремния


Нитрид кремния Si3N4 существует в двух модификациях а и в: a-Si3N4 имеет гексагональную решетку с периодами а = 7,76 А и с = 5,62 А, рентгеновская плотность 3,184 г/см3, P-Si3N4 имеет гексагональную решетку с периодами а = 7,59 и с — 2,90 А, рентгеновская плотность 3,187 г/см3.

Чистая а-модификация может быть получена только разложением Si(NH)2, во всех остальных случаях получается смесь а- и в-модификаций. При высокой температуре устойчива модификация а-Si3N4.

Прессованием порошка нитрида кремния можно получить прочные брикеты с плотностью 2,72—2,74 г/см3. Горячее прессование при температуре 1400 °C и давлении 800 МПа приводит к получению после дополнительного азотирования изделий с довольно высокой плотностью и прочностью (ов = 160 МПа), С повышением температуры предел прочности уменьшается (при 1200 °C ов = 147 МПа).

Одним из важнейших свойств нитрида кремния является его исключительно высокая химическая стойкость. Он не растворяется ни в кислотах, ни в щелочах, стоек во многих расплавленных металлах.

По сопротивлению окислению на воздухе при 1200 °C нитрид кремния значительно превосходит многие другие тугоплавкие соединения и их сплавы. Например, изменение массы за 2 ч при окислении образцов карбида кремния со связкой Si3N4 составляет 2,5 мг/см2, в то время как масса Si3N4 за 80 ч увеличивается всего на 5,0 мг/см2.

Некоторые свойства нитрида кремния в сравнении со свойствами борида кремния приведены ниже:

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: