Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5

Керамику на основе SiзN4 cпекают различными методами: реакционным спеканием, горячим прессованием, их комбинацией.

Реакционное спекание без добавок обычно не позволяет получать изделия с относительной плотностью >85%. Добавки, особенно при использовании горячего изотермического прессования, позволяют получать плотную и высокопрочную керамику, но ее прочность при высоких температурах резко падает при появлении жидкой фазы. В качестве добавок наиболее часто используют оксиды щелочно-земельных и редкоземельных металлов. Наиболее широко применяют добавки: MgO, Y2O3, СеO2. Обычно материалы с наиболее дешевой добавкой MgO имеют более низкую прочность при комнатной и высоких температурах, что обусловлено более низкой прочностью силикатов магния, образующихся на границах кристаллов. Хорошие результаты дают комплексные добавки: ЗY2Оз·5А120з; ВеО·Аl2Оз и т. п. Плотную керамику без добавок получают также при использовании реакционного спекания порошка кремния под высоким и меняющимся по определенному закону давлением азота.

Для повышения устойчивости к окислению при высоких температурах на поверхности изделия предварительно создают оксидный слой, содержащий SiO2 и другие оксиды. Простейшим способом является резкий нагрев деталей в окислительной среде и образование на их поверхности сплошного слоя SiO2. На воздухе керамику из SiзN4, полученную реакционным спеканием, можно использовать до 1400°С, а горячепрессованную - до 1500°С.

Алюминий образует с азотом два соединения - нитрид алюминия A1N и триазид алюминия Аl(Nз)з - очень гигроскопичное взрывчатое вещество белого цвета. A1N имеет только одну гексагональную модификацию типа вюрцита, что упрощает технологию керамики. Нитрид алюминия обладает твердостью 9 по шкале Мооса, плотностью 3,27 г/см3. Выше 1900-2000°С A1N разлагается. Он имеет высокую химическую стойкость к расплавам многих цветных металлов и их сплавов. На воздухе плотную керамику на основе A1N можно применять до 1450°С.

Керамика на основе A1N имеет высокую теплопроводность — до 250Вт/(м·К) (максимальное значение теоретически — 320 Вт/(м·К)). Это позволяет использовать A1N вместо высокотоксичного ВеО в электронных устройствах, где требуется сочетание диэлектрических свойств с высокой теплопроводностью (подложки интегральных схем, теплоотводящие электроизолирующие прокладки и т.д.).

Порошки AIN получают всеми перечисленными для нитридов способами. Керамику изготавливают методами реакционного спекания, горячего прессования, их комбинацией. Применение добавок оксидов, фторидов или боратов щелочноземельных или редкоземельных металлов позволяет получать высокоплотную керамику и без использования горячего прессования. Оксидная добавка способствует уплотнению в основном за счет механизма растворения — кристаллизации. Эго обеспечивает высокую теплопроводность керамике из AIN , несмотря на присутствие оксидных добавок, имеющих значительно меньшую теплопроводность.

Высокая теплопроводность снижает термомеханические напряжения, возникающие при эксплуатации изделий из AIN, что в сочетании с достаточной химической стойкостью позволяет использовать керамику в качестве конструкционной. Получена прозрачная керамика, а также керамика с прочностью при изгибе 500 МПа. Высокие твердость и теплопроводность позволяют применять AIN в качестве добавки в режущих инструментах.

Бор образует с азотом одно соединение — нитрид бора BN, существующее в виде трех модификаций: графитоподобной гексагональной α-BN; кубической (β-BN и гексагональной плотно упакованной γ-BN. Имеются данные о существовании ромбоэдрической модификации BN. В технологии керамики используют α-, β- и γ-BN.

Плавление α-BN протекает с разложением при 3000°С, α-BN имеет плотность 2,29 г/см3. Аналогичная графиту низкая микротвердость и низкий коэффициент трения позволяют использовать α-BN в качестве высокотемпературной смазки, например в керамических подшипниках. При этом слой α-BN можно создавать в процессе изготовления керамических деталей, имеющих трущиеся поверхности. Керамику из

α-BN, как и графит, легко механически обрабатывать.

Плотная керамика из α-BN имеет высокую термостойкость, хороший диэлектрик. Керамика имеет высокую теплопроводность, 15-50 Вт/(м·К). Сочетание высоких диэлектрических свойств с высокой теплопроводностью позволяет использовать керамику в электронных устройствах, работающих в космосе.

Керамика из α-BN химически устойчива в восстановительных средах, в вакууме. Как и графит, α-BN не смачивается многими расплавами металлов, стекол и солей. Керамика неустойчива в окислительных средах, в воде и водных растворах кислот и оснований. На воздухе ее можно использовать до 1000°С.

Порошки α-BN получают описанными выше для нитридов методами. Порошки могут иметь промежуточное строение между кристаллическим и аморфным - турбостратный BN. Такие порошки имеют более высокую активность к спеканию.

Для спекания керамики из α-BN используют горячее прессование и реакционное спекание. Применение порошков из турбостратного BN с такими добавками, как MgO, СаО, La2O3, позволяет спекать керамику и без применения горячего прессования.

Осаждением из газовой фазы на соответствующие подложки, например графитовые, получают слои толщиной до 5 мм из пиронитрида бора α-BN. Материал сильно анизотропен, поскольку пластины α-BN ориентированы так, что ось С перпендикулярна подложке.

Модификации высокого давления γ-BN и β-BN обычно получают из α-BN. При давлении 5-10 ГПа и температуре 1600-2000°С образуется кубический β-BN со структурой цинковой обманки (ZnS), аналогичной структуре алмаза. Для облегчения синтеза и спекания β-BN используют добавки металлов: Li, Mg, Са, А1 и др., их боридов, нитридов и борнитридов.

Уже при 500°С β-BN начинает окисляться, однако образующийся В2Оз замедляет скорость процесса. Скорость окисления сохраняется низкой вплоть до 1300°С, когда она резко возрастает из-за испарения В2Оз. Алмаз начинает заметно окисляться уже выше 800°С. В неокислительной атмосфере при нормальных условиях кубическая форма β-BN сохраняется до 1600°С.

Материал обладает высокой теплопроводностью, приближающейся к алмазу, и является хорошим диэлектриком. Керамику на основе β-BN используют для изготовления резцов, фильер, теплоотводящих электроизолирующих элементов и т. д., применяют в качестве абразива под названием эльбор и боразон.

Из гексагонального α-BN взрывным прессованием получают γ-BN. Его используют для изготовления абразивного инструмента и резцов. В нашей стране его выпускают под названием гексанит. В отличие от алмаза резцы на основе BN широко используют для обработки железосодержащих сплавов, поскольку BN к ним значительно более химически устойчив.

Скачали данный реферат: Rusanov, Bulatov, Feonilla, Артамон, Jarmonenko, Lomtev.
Последние просмотренные рефераты на тему: allbest, решебник по химии, государство реферат, ресурсы реферат.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5