Силицирование прессованных заготовок углеграфитовых композиций

Силицированный графит марки СГ-П получают прессованием различных углеграфитовых композиций с последующим силицированием. Структура и свойства этого материала в зависимости от природы, гранулометрического состава, некоторых технологических параметров и других факторов весьма различны.

Используя графитовый порошок, который получается при механической обработке искусственных графитов, можно изготавливать углеродные заготовки для силицирования, аналогичные по свойствам обычным искусственным графитам и отличающиеся от них.

Различная реакционная способность отдельных компонентов прессованного материала и своеобразное распределение пульвербакелита в объеме прессовки, а также очень мелкие поры кокса пульвербакелита определяют поведение материала при силицировании.

Отличительная особенность процесса силицирования прессованных углеграфитовых заготовок состоит в том, что образование карбида кремния происходит быстро и при низкой температуре с той частью углеродистого материала, которая имеет более высокую реакционную способность.

Большой реакционной способностью будут характеризоваться участки углеродного материала, представляющие собой кокс пульвербакелита, размещенные, как это было видно из исследования микроструктуры, в местах контакта отдельных частиц графитового порошка. В процессе силицирования в этих местах быстро образуется карбид кремния, который перекрывает транспортные поры. При малом содержании пульвербакелита и низких удельных давлениях прессования этот фактор не имеет существенного значения. Поэтому добавлять в шихту большое количество пульвербакелита и чрезмерно повышать удельное давление прессования не рекомендуется.

Учитывая индивидуальные особенности силицирования различных по своей природе углеграфитовых компонентов исходной композиции (графиты, сажи, коксы, прокаленные смолы и др.) и зная закономерности их распределения в прессовке, можно получать изделия, процесс силицирования которых будет протекать избирательно. В результате может быть получен силицированный графит с заданным соотношением отдельных фаз (С, SiC, Si) и их распределением по всему объему готового изделия.

Регулируя гранулометрический состав графитового порошка и удельное давление прессования, получают исходные углеродные материалы для силицирования с различной пористой структурой.

С повышением зернистости исходной композиции в прокаленной углеграфитовой прессовке преобладают более крупные поры. В соответствии с характером пористой структуры формируется и микроструктура силицированного изделия.

Об изменении структуры и состава материала, полученного прессованием композиций различной зернистости и последующим силицированием, можно судить и по результатам экспериментальных исследований, приведенным в табл. 10.15.

Химический состав показывает довольно четкую тенденцию к повышению содержания свободного кремния и уменьшению содержания карбида с увеличением крупности зерна углеродного материала. Хотя общая величина объема, занимаемого порами, во всех случаях примерно одинакова, все же наблюдается некоторая тенденция к снижению величины степени пропитки Ппр. С увеличением крупности зерна снижается и механическая прочность прокаленного материала, что, видимо, объясняется уменьшением общей площади контакта между графитовыми частицами.

Таким образом, с увеличением крупности зерна углеграфитовой составляющей исходной композиции снижается прочность при сжатии прокаленной прессовки; хотя пористость и сохраняется на одном уровне, степень пропитки несколько снижается. Фазовый состав изменяется в сторону увеличения содержания свободного кремния и уменьшения содержания карбида кремния. С повышением давления прессования с 1 до 20 МПа общий объем пор в прокаленных прессовках снижается с 37 до 17,10 %. Соответственно изменяются состав и структура силицированного материала. В табл. 10.16 приведен состав силицированного графита, полученного из прессовок, изготовленных при различных удельных давлениях прессования.

Улучшить состав и структуру материала можно также рациональным подбором компонентов исходной композиции. Это имеет важное значение и для расширения сырьевой базы изготовления силицированных углеродных материалов, которое может быть достигнуто в результате использования в качестве исходного материала дешевых и недефицитных угольных и буроугольных коксов.

В табл. 10.17 приведены характеристики силицированного буроугольного кокса, образцы из которого изготовлены при различных давлениях прессования.

Высокая реакционная активность буроугольного кокса приводит к получению материала с высоким содержанием карбида кремния.

Хорошая силицируемость угольного и буроугольного коксов позволяет использовать их в качестве углеродных основ для силицирования.