Влияние пористости на процесс объемного силицирования пористых графитов » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Влияние пористости на процесс объемного силицирования пористых графитов

27.06.2021

В процессе силицирования жидкий кремний по порам, как по капиллярам, проникает в углеродистый материал, образуя карбид кремния и заполняя оставшийся объем пор кремнием.

При этом существенную роль играют объемные изменения, связанные с образованием карбида кремния. Вычисления кристаллохимических величин, характеризующих структурные изменения, позволяют оценить полноту насыщения пор (полноту силицирования).

Предположим, что весь графит при силицировании перейдет в карбид кремния. Тогда объемные изменения, происходящие при карбидообразовании, определяются по формуле

где VSiC, VSi, Vг — объемы элементарных ячеек карбида кремния, кремния и графита соответственно.

При подстановке в формулу численных значений входящих в нее членов получится неравенство 82,7 < 115, т. е. аддитивная сумма объемов графита и кремния больше объема полученного карбида кремния.

При подстановке в формулу (10.6) соответствующих значений получим
Влияние пористости на процесс объемного силицирования пористых графитов

Следовательно, если весь графит перейдет в карбид кремния, то его объем должен увеличиться в 2,37 раза. Исходя из этого, а также на основании значений плотности углерода и карбида кремния (2,26 и 3,21 г/см3 соответственно) легко рассчитать пористость графита, при которой он весь перейдет в карбид кремния, а избыточный объем перехода компенсируется пористостью. Суммарная пористость должна быть равна 57,8 %. Следовательно, если суммарная пористость графита будет равна 57,8 %, то после силицирования в избытке кремния он должен перейти в карбид кремния.

Пористая структура и распределение объема пор по эквивалентным радиусам или суммарный объем пор исходного графита — основные показатели, характеризующие полноту силицирования графитов.

Определение влияния пористой структуры на полноту силицирования проводили на образцах экспериментальных графитов с пористостью от 17 до 76 % (см. табл. 10.1).

В процессе силицирования внешние размеры графитов очень мало изменяются, но разница в значениях плотности графита и силицированного графита будет существенной.

Поэтому для предварительной оценки полноты силицирования графитов различной пористости была принята условная характеристика — степень пропитки. Степень пропитки рассчитывают по формуле

где Ппр — степень пропитки, %; m1, m2 — масса образца соответственно до и после силицирования, г.

По полученным данным была построена зависимость, характеризующая влияние общей пористости на степень пропитки (рис. 10.9).

По мере увеличения обшей пористости исходного графита, предназначенного для силицирования, степень пропитки непрерывно возрастает. Состав и структура материала, полученного после силицирования графитов различной пористости, непрерывно меняются. Количество карбида кремния увеличивается до определенного максимума (рис. 10.10), соответствующего пористости - 57 %, а затем уменьшается вследствие недостатка углерода для его образования. Количество углерода непрерывно уменьшается из-за его расхода на образование карбида кремния, а количество кремния возрастает в результате увеличения количества пор, в которых он скапливается.

He только суммарный объем пор, но и распределение их объема по эквивалентным радиусам имеют большое значение. Уменьшение размеров пор при одинаковом суммарном объеме приводит к росту внутренней поверхности углеродного материала и содержания карбида кремния. Чем больше размеры пор в исходном углеродном материале, предназначенном для силицирования при одинаковом суммарном объеме пор, тем меньше внутренняя поверхность, на которой осаждается карбид кремния, и тем меньше карбида кремния в составе материала.

Это четко можно наблюдать на примере графитов ПГ-50, ВС-25, ВРС-25 и APB (табл. 10.7).

Дифференциальные кривые распределения объема пор исходных графитов по эквивалентным радиусам, характеризующим размеры пор, были приведены на рис. 10.1,6.

Более мелкопористая структура графита марки ВРС-25 по сравнению с графитами ПГ-50 и ВС-25 обусловливает большее количество карбида кремния и меньшее количество кремния в составе этого материала. Общая пористость этих графитов до силицирования примерно одинакова. Еще более мелкой пористостью до силицирования характеризуется графит марки АРВ; при этом в его составе содержится наименьшее количество кремния (см. табл. 10.7).

Основным фактором, определяющим структуру силицированного графита, при прочих равных условиях является пористая структура исходных материалов, предназначенных для силицирования.

Структура после силицирования графитов с незначительной пористостью представляет собой графитовый каркас с отдельными включениями карбида кремния и кремния, а высокопористого графита — кремниевый каркас с включениями карбида кремния или переходный карбидокремниевый-кремниевый каркас с полным отсутствием углерода.

Между этими крайними случаями существует гамма силицированных графитов с переходным типом каркасов.

Так, например, у графитов со средней пористостью после силицирования существуют одновременно два каркаса различной степени совершенства; может образоваться и карбидокремниевый каркас с включениями графита и кремния.

Между различными видами структур существует плавный переход, связанный с постепенным увеличением или уменьшением пористости графита до силицирования.

В одном и том же исходном графите могут быть и мелкие, и крупные поры, поэтому и в образцах силицированного графита можно наблюдать структуры разных типов.

Структура силицированного графита (СГ-П) на основе прессованных заготовок может иметь любой каркас. Все зависит от исходной пористости, которая, в свою очередь, регулируется гранулометрическим составом графитового порошка и давлением прессования заготовок. При этом могут быть созданы условия формирования так называемой ячеистой структуры, когда на границе зерен образуется оболочка из карбида кремния. Источником образования такого тонкостенного каркаса из карбида кремния служат прослойки из активного кокса, формируемого за счет ококсовываемого пульвербакелита.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: