The Thermodynamic Modeling of the Phases Quantitative Relations in the Process of the Carbothermic β-SiС Synthesis

Abstract

2 Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, Россия 3 Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте, г. Златоуст, Россия Уникальные свойства карбида кремния в виде ультрадисперсных порошков обусловливают его широкое применение в качестве различных наполнителей и модификаторов сплавов, керамических и металлокерамических материалов, защитных покрытий различного назначения. В настоящее время практически весь ультрадисперсный порошок карбида кремния получают из модификации α-SiC, синтезированного по многостадийной технологии методом Ачесона. Текущая тенденция развития технологий синтеза SiC направлена на получение порошков карбида кремния 3С-SiC(β) модификации, обладающей более привлекательными характеристиками. Данный аспект определяет актуальность исследований, направленных на разработку и апробирование эффективных технологий получения ультрадисперсных порошков карбида кремния 3С-SiC(β) модификации.В работе приведены результаты термодинамического моделирования фазовых равновесий, реализующихся в системе Si-O-C для сечения C-SiO 2 в диапазоне температур 1400-1900 °С при различных отношениях количества углерода и оксида кремния. В процессе проведённых расчётов учитывалась возможность появления в системе газовой фазы и жидких кремния, углерода и оксида кремния. Теоретически определены доли основных компонентов, объем и состав газов, образующихся в ходе синтеза. В соответствии с результатом расчета фазовых диаграмм образование газообразных продуктов взаимодействия наблюдается только при температуре выше 1514 °C. Основным компонентом газовой смеси, образующейся в процессе синтеза в зоне реакции, является угарный газ. Среди других компонентов газовой смеси можно выделить монооксид кремния и углекислый газ. Содержание других компонентов, среди которых преобладают кремнийсодержащие, является несущественным. При соотношении C/(SiO 2 +C) ≥ 0,37 в газовой фазе имеет место скачкообразное снижение содержания всех газов-примесей Полученные данные создают теоретическую основу для выбора оптимальных условий для создания устойчивой автономной защитной атмосферы при проведении карботермического синтеза карбида кремния 3С-SiC(β) модификации, что обеспечивает надежную теоретическую основу энергоэффективного карботермического метода синтеза микроразмерного SiC из чистого природного кварца и графита без использования внешней защитной атмосферы.Ключевые слова: карбид кремния, карботермический синтез, термодинамическое моделирование, состав фаз. ВведениеУникальные свойства карбида кремния в виде ультрадисперсных порошков обусловливают его широкое применение в качестве различных наполнителей и модификаторов сплавов, керамических и металлокерамических материалов, защитных покрытий. Обзор методов синтеза карбида кремния указывает на то, что метод Ачесона с учетом всех его модификаций является наиболее распространенным промышленным методом получения карбида кремния [1][2][3][4][5][6][7]. Этот высокотемпературный способ синтеза карборунда достаточно прост, является низкозатратным, но не способен обеспечит...