Метод расчета фазового состава SiC-Si-C-материалов, получаемых силицированием углеродных матриц

Abstract

Рассмотрен процесс получения SiC−Si−C-материалов путем силицирования пористых углеродных матриц и разработана расчетная методика определения их фазового состава. Проведен анализ процесса сили-цирования заготовок двух типов: биоморфных углеродных матриц, полученных пиролизом древесины, и искусственных пористых графитов, полученных смешением и компактированием углеродных порошков с органической связкой. Показано хорошее совпадение расчета фазового состава с результатами, полученными металлографическим методом анализа микроструктуры. DOI: 10.21883/JTF.2017.06.44512.1913 Введение Керамические материалы на основе карбида крем-ния используются для изготовления деталей узлов и конструкций, работающих при высоких температурах в жестких условиях абразивных и химически активных сред в атомной, металлургической, химической, неф-тедобывающей и нефтеперерабатывающей промышлен-ности, а также в качестве элементов газотурбинных двигателей для увеличения эксплуатационных темпе-ратур, ведущих к существенному повышению их эф-фективности. Сферы применения карбидокремниевых материалов обусловлены их высокой жаропрочностью, твердостью, стойкостью к многократным теплосменам и агрессивным средам, износостойкостью, низкой плот-ностью и структурной стабильностью при длительных высокотемпературных нагружениях в окислительной ат-мосфере [1][2][3].Большинство существующих методов получения кар-бидокремниевых материалов, например, изготовление реакционносвязанных керамик, горячее прессование или высокотемпературное спекание порошков карбида крем-ния накладывают ограничения на форму получаемой заготовки (пластины, диски, кольца). В связи с этим и из-за высокой твердости карбида кремния при изготов-лении деталей, имеющих сложную форму, требуется до-рогостоящая механическая обработка с использованием алмазного инструмента.Поэтому весьма перспективными являются методы получения карбидокремниевых керамик путем безуса-дочного силицирования (пропитка углеродсодержащей заготовки расплавом кремния с образованием карбида кремния) пористых углеродных материалов. Такие мето-ды позволяют задать форму конечного изделия на стадии мягкой заготовки, что минимизирует финишную обра-ботку керамических деталей и значительно снижает их себестоимость. В качестве исходной углеродной заготов-ки может использоваться либо искусственный пористый графит, полученный смешением и компактированием углеродных порошков с органической связкой [4-8], либо биоморфная матрица, полученная пиролизом дре-весины [8][9][10].Использование данных методик позволяет управлять в широких пределах плотностью и структурой пор углеродной заготовки за счет изменения давления прес-сования, фракции порошка графита и количества связу-ющего при изготовлении искусственных пористых гра-фитов [4-6], а также за счет выбора породы древесины и ее предварительной деформации при изготовлении биоморфных углеродных матриц [9][10][11]. Это, в свою оче-редь, приводит к существенному изменению фазового состава и структуры SiC−Si−C-материала после силици-рования, что позволяет в большом диапазоне управлять свойс...

Получение Композиционных Материалов На Основе Карбида Кремния Силицированием Углеродных Матриц

“…Для прогнозирования плотности и фазового состава SiC−C−Si-материалов, полученных силицированием уг-леродных матриц, разработана методика расчета фа-зового состава SiC−C−Si-материалов, получаемых си-лицированием углеродных матриц [18]. Показано, что расчетный фазовый состав всех исследованных матери-алов хорошо согласуется с экспериментальными данны-ми.…”