Способ получения пористых изде-лий из карбида кремния

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пщ3I0649

Союз Саеетскнх

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.12.78 (21) 2705996/29-33 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) M. Кл.

С 04В 35/56

Государственный комитет (53) УДК 666.764.5 (088.8) по делам изобретений и открытий

4 (72) Авторы

1 изобретения А. В. Фролов, А. Д. Микляев, В. Н. Казимиров, A. А. Ворнычев и К. С. Нижарадзе (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ИЗДЕЛ И й

ИЗ КАРБИДА КРЕМНИЯ

Изобретение относится к способам получения изделий из карбида кремния и может быть использовано в технологии получения пористых изделий из карбида кремния, в частности контейнеров, реакторов, фильтров, диафрагм, перегородок, пластин, теплозащитных и тепловыравнивающих экранов в металлургической промышленности.

Известен способ получения изделий из карбидокремниевых материалов на керамических связках по традиционной технологии, принятой при производстве керамических материалов (1). Этот способ заключается в приготовлении шликера, прессовании, сушке сырца и обжиге изделий.

Недостатком этого метода является низкая прочность сырца, что приводит к деформации и растрескиванию заготовок при обжиге. Кроме того, технология получения изделий таким методом многостадийна и требует введения в исходную смесь различных веществ, применяемых в качестве связки.

Известен способ получения пористого материала из карбида кремния путем введения в исходную смесь добавок с последующей термообработкой (2). По этому способу исходную смесь, состоящую из 100 вес. ч. карбида кремния, 40 — 150 вес. ч. жидкого стекла и 0,5 — 10 вес. ч. плавленых бикарбоната натрия или бикарбоната или карбоната аммония, формуют и нагревают вначале до температуры 50 †3 С для отвердения

5 жидкого стекла и разложения на составные части плавленых неорганических веществ, а затем отжигают полученный вспененный продукт при температуре 800 †16 С для кристаллизации карбида кремния и перехо)О да в стекловидное состояние жидкого стекла.

Недостатками данного способа является наличие в полученных изделиях жидкого стекла и адсорбированных газов, образую15 щихся при разложении связующих веществ в процессе термообработки изделий, а также многооперационность технологии.

Кроме того, в изделиях, полученных по известному способу путем введения выгора20 ющих добавок, после термообработки жидкое стекло не выгорает, а переходит в стекловидное состояние. Процессы получения полупроводниковых материалов и редких металлов (процессы прямого синтеза, про25 цессы получения эпитаксиальных структур, процессы выращивания монокристаллов, процессы дистнлляционной очистки и др.) ведутся при температуре 1200 †17 С и вакууме 1.10 — 1 ° 10 " мм рт. ст. При этих

30 условиях изделия из карбида кремния, по810649 лученные известным способом, служат источником загрязнения получаемых полупроводниковых материалов и редких металлов натрием, калием, кремнием, кислородом, т. е. элементами, из которых состоит жидкое стекло.

Кроме того, при названных выше условиях выделяются адсороированные кароидом кремния газы, образующиеся при разложении связующих веществ в процессе термообработки изделий из карбида кремния, и, в свою очередь, также загрязняют полупроводниковые материалы и редкие металлы, Целью предлагаемого способа является повышение чистоты изделий и упрощение процесса, !

1оставленная цель достигается тем, что в спосоое получения пористых изделии из «арбида кремния, включающем формирование заготовки и последующую термоооработку, термообработку проводят в две стадии, сначала до температуры 1800 †20 C в вакууме 1.10 — 1.10 — мм рт. ст. с выдержкой

1 — 2 час, затем до температуры 2300—

2400 С в атмосфере инертного газа с выдержкой 4 — 6 час.

В качестве исходного материала могут быть использованы измельченные отходы карбида кремния различного гранулометрического состава.

Сущность способа заключается в том, что указанная совокупность операций позволяет получить пористое изделие с регулируемым размером IIop, однородное по фазовому составу.

1 стадия процесса необходима для того, чтобы образовать каркас изделия только за счет протекания процесса испарения-конденсации. В этом случае дальнейшее спекание будет содействовать лишь сфероидивации пор, а не уплотнению изделия.

I ipH нагреве до температуры 1800—

2000 С в вакууме 1 10 — 1.10 — мм рт. ст. давление паров над SiC достигает заметной величины, происходит сублимация карбида кремния и образование каркаса получаемого изделия за счет конденсации карбида кремния из газовой фазы на участках контакта частиц исходного SiC. Кроме того, при нагреве в вакууме происходит дегазация рабочей камеры и таким образом исключается вероятность загрязнения получаемого изделия примесями, находящимися в футеровке печи и выделяющимися при нагреве.

При температуре ниже 1800 C и вакууме ниже 1 10 — мм рт. ст. давление паров карбида кремния невысоко, процесс сублимации проходит очень медленно, что не позволяет получить каркас изделия. Времени выдержки менее l час также недостаточно для образования каркаса изделия.

При температуре выше 2000 C, и вакууме выше 1 10 — мм рт. ст. сублимация карбида кремния идет с большой скоростью, проис10

4 ходит интенсивное испарение SiC и удаление eI o из печного пространства. Выдержка более 2 час нецелесообразна, так как возрастает энергоемкость процесса.

В результате проведения 1 стадии процесса происходит частичное спекание частиц карбида кремния за счет испарения и конденсации частиц SiC, что приводит к формированию каркаса изделия.

На второй стадии процесса проводится окончательное спекание изделия в атмосфере инертного газа при температуре 2300—

2400 С в течение 4 — 6 час. Спекание происходит как за счет вещества, конденсирующегося из газовой фазы, так и за счет твердофазной диффузии. На этой стадии спекание происходит, в основном, за счет сфероидизации пор и поэтому не происходит уплотнения изделия.

Температура спекания ниже 2300 С и время выдержки менее 4 час недостаточны для получения прочного изделия из карбида кремния.

Пористые изделия, полученные при спекании при температуре 2300 †24 С в течение 4 — 6 час, имеют хорошую прочность.

Изделия, спеченные при температуре выше 2400 С или в течение более 6 час, имеют низкую прочность за счет интенсивного испарения карбида кремния и за счет направленного роста отдельных кристаллов вдоль гексагональной оси. Возникающая при этом анизотропия приводит к существенному снижению свойств полученных изделий.

П р и м ер 1, Получение трубы из пористого карбида кремния диаметром 100 мм и длиной 500 мм проводят следующим образом. Размолотый до фракции 0,10 — 0,15 мм карбид кремния засыпают в форму и подвергают нагреву в вакууме 1 10 мм рт. ст. при температуре 1800 С в течение 2 час.

3атем камеру печи заполняют аргоном и поднимают температуру до 2350 С, При этой температуре выдерживают в течение

5 час. В результате по данному режиму получают труоу из карбида кремния с пористостью 31 — 32%.

Пример 2. Процесс получения реактора диаметром ЬО мм и высотой 400 мм проводят аналогично. Порошок карбида кремния фракции 0,08 — 0,12 мм засыпают в форму и подвергают нагреву в вакууме 5.10 — мм рт. ст. до температуры 1900"С в течение

l,5 час. Затем в печь подают аргон и поднимают температуру до 2400 С. Выдержка при этой температуре 6 час.

В результате по данному режиму получают реактор из карбида кремния с пористостью 19%

Пример 3. Процесс получения пластин диаметром 200 мм проводят аналогично.

Размолотый до фракции 0,5 — 0,6 мм карюил кремния засыпают в форму и подвергают нагреву при температуре 2000 С в течение

810649

Составитель А. Ворнычев

Редактор И. Квачадзе

Техред И. Пенчко

Корректор О. Силуянова

Заказ 512/11 Изд. № 208 Тираж 661 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1 час в вакууме 1 ° 10 — мм рт. ст. Затем в печь подают аргон и продолжают процесс при температуре 2300 С в течение 5,5 час.

В результате получают пластину из карбида кремния с пористостью 25%. 5

Таким образом, предложенный способ по сравнению с известным способом имеет следующие преимущества.

В связи с тем, что пористые изделия из карбида кремния, полученные предложен- 10 ным способом, применяются в металлургии полупроводников и редких металлов, особые требования предъявляются к чистоте этих изделий. Это вызвано тем, что содержание примесей в полупроводниковых материалах 15 и редких металлах по требованиям технических условий не должно превышать 1. 10 4—

10- вес %.

По предложенному способу пористые изделия из карбида кремния получают за 20

3 операции (измельчение, рассев и термообработка).

По известному способу эти же изделия получают за 8 операций(измельчение, рассев, приготовление шликера, смешение, про- 25 тирание массы, прессование, сушка сырца и термообработка).

Следовательно, при получении изделий из пористого карбида кремния по предложенному способу значительно сокращается 30 количество операций по сравнению с известным способом.

Полученные пористые изделия из карбида кремния применяют в качестве контейнеров в технологии переработки W — Мо — Re отходов окисно-ректификационным способом, в технологии получения металлического рения, в качестве теплозащитных и тепловыравнивающпх экранов в металлургии редких металлов и полупроводниковых материалов.

Формула изобретения

Способ получения пористых изделий из карбида кремения путем формования заготовки и последующей термообработки, о тличающийся тем, что, с целью повышения чистоты изделий и упрощения процесса, термообработку проводят в две стадии, сначала при температуре 1800 — 2000 С в вакууме 1 ° 10 — 1.10 — мм рт. ст. с выдержкой

1 — 2 часа, затем при температуре 2300—

2400 С в атмосфере инертного газа с выдержкой 4 — 6 час.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гнесин Г. Г. «Карбидокремниевые материалы», М., 1977.

2. Патент Австралии № 434595, кл. 18,5, опубл. 1973.