Механические и тепловые свойства керамик SiC-BeO и SiC-AIN

• Автор: Хосамельдин, Ахмед Абдельджавад
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 145 с. : ил

Оглавление.
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Твердые растворы на основе карбида кремния
1.2 Теплофизические свойства карбидокремниевой керамики с различными добавками
1.3.Механические и упругие свойства керамики на основе БЮ
2. Физико-технологические особенности получения карбидокремниевой керамики
2.1 Твердофазное спекание керамики на основе карбида кремния
2.2 Методика приготовления образцов керамик SiC - ВеО и Б1С-А1К..
2.3 Высокотемпературный обжиг
2.4. Плотность и микроструктура карбидокремниевой керамики
3. Исследования механических свойств керамик вЮ- ВеО и вЮ-АИМ
3.1. Обоснование выбора методов измерения механических свойств
хрупких материалов
3.2 Модуль Юнга
3.3. Предел прочности, трещиностойкость, термостойкость
3.4.Микротвердост ь
4. Тепловые свойства керамик БЮ- ВеО и 81С-АШ
4.1. Обоснование выбора методов тепловых измерений
4.2.Теплопроводность и теплоёмкость
4.3. Тепловое расширение
Заключение:
Литература
Введение
Актуальность. Развитие современной техники невозможно представить без получения новых материалов. В этой связи большой интерес представляют, материалы на основе карбида кремния, способные выдерживать высокие термомеханические нагрузки. Они находят применение в космической и авиационной технике, автомобилестроении и электронной промышленности.
Существенного расширения свойств материалов на основе 8Ю можно достичь введением легирующих добавок [1]. Интерес к керамике 8Ю-ВеО и БЮ-АШ связан прежде всего сочетанием высокой теплопроводности, электросопротивление и низкого КТР, благодаря чему она нашла применение в качестве подложек для интегральных микросхем [2].
Однако существующие в настоящее время экспериментальные данные по этим материалам отрывочны и противоречивы, а теория не позволяет даже качественно оценивать свойства этих объектов. Решить проблему можно путем изучения характера взаимодействия компонентов и установления связи между составом и свойствами керамических материалов.
Синтез карбидокремниевых материалов осложнен плохой спекаемостью. Кроме того, для получения высокоплотных материалов требуется активированные порошки чистого карбида кремния, использования различных примесей обеспечивающие образование прочного каркаса из твердого раствора БКЗ с определенным типом связи, процесс горячего прессования и т.д.
Зачастую также неизбежно наличие пор в этих материалах. Всё это приводит к трудностям аналитического описания их физических свойств. Учитывая то обстоятельство, что данные по механическим и тепловым свойствам карбидокремниевых материалов имеют большой разброс значений, и не позволяют установить однозначную взаимосвязь с их структурой и фазовым составом необходимо их комплексное изучение.

Потому эмпирическое изучение свойств, а также установление связей между ними является полезным и может способствовать выявлению определенных критериев, ответственных за формирование тепловых и механических свойств.
Цель работы
Синтез карбидокремниевых материалов на основе SIC -ВеО и SiC-AIN и исследование комплекса тепловых и механических свойств этих материалов в зависимости от состава, спекающей добавки, температуры и пористости. Научная новизна:
Новизна заключается в том, что впервые:
1. Определена концентрационная зависимость эффективной теплопроводности для керамик на основе SiC-BeO и SiC-AIN в диапазоне температур 300-1300 К. Установлено, что наивысшее значение X эфф. наблюдаются для составов SiC+1.4-l,6Bec% ВеО и SiC+10Bec% AIN которые составляют -160 Вт/м-К и -35 Вт/м-К соответственно при комнатных температурах.
2. Установлено, что концентрационная зависимость модуля Юнга (Е) керамики на основе SiC-AIN уменьшается аддитивно в 1,5 раза от значений 410 ГПа карбида кремния до 280 ГПа нитрида алюминия при 300 К.
3. Показано, что в керамике SIC- ВеО при увеличении содержания спекающей добавки оксида бериллия более 1,5% вес стабилизируется политип 6Н, а в керамике SiC-AIN при увеличении содержания спекающей добавки нитрида алюминия более 50 % вес. стабилизируется политипы 2Н
4. Установлено, что спекающая добавка (1,4-1,6) вес %ВеО в карбид кремния снижают КТР при комнатной температуре от -3- Ю^К'1 до 2,1-10'6К'’ , а добавки A1N соответственно увеличивают КТР керамики SiC-AIN до - 4,3 • 10 ‘6К’' для состава SiC + 10 вес% A1N относительно чистого горячепрессованного SiC.

а выделяются при ее построений в виде дискретных включений расплава .или карбидов и силицидов. Только атомы с малым радиусом ( В ,Ы, С ) могут «захватываться» решеткой 57С- с образованием твердых растворов внедрения или замещения. Далее Хауфе отмечает, что "...для бора, углерода и водорода механизм диффузии через междоузлия очевиден".
При спекании выполняется работа по заполнению веществом свободного пространства внутри частиц и между ними [80]. Источником потенциальной энергии являются различного рода разпорядочения кристаллического тела на всех уровнях структуры, от атомной (кристаллическая решетка) до микро- (отдельные зерна) и макроструктуры (порошковое тело в целом). Прежде всего - это нарушения регулярности решетки: вакансии, собственные и примесные атомы в узлах и междоузлах, дислокации, дефекты поверхности, внутренние поры и микротрещины. Источником движущей силы спекания являются также сильно развитая удельная поверхность, малые (субмикронные) размеры и отклонения форм частиц от кристаллографически правильной равновесной огранки,
Каждое из состояний разупорядоченности создает потенциал, направленный на "залечивание" в основном своих дефектов. Различные источники движущих сил и связанные с ними транспортные механизмы перемещения вещества могут накладываться друг на друга и действовать в одном направлении одновременно или последовательно, реализуясь на различных стадиях спекания. С уплотнением материала по мере "залечивания" дефектов, совершенствования структуры к переносу масс последовательно подключаются механизмы, требующие более высокие энергии активации. Этим обусловлен ход кривой кинетики уплотнения, который не может быть интерпретирован однозначно, исходя из представлений о каком-либо одном механизме.