Процессы спекания и электропроводность карбидкремниевой керамики Авров, Дмитрий Дмитриевич

Введение к работе

Актуальность работы. Керамические материалы на основе кар-била кремния широко используются при создании различных конструкций благодаря их высокой термостойкости и химической устойчивости к кисяороцосо",ерчтаи;им гвзовнм средам. Гюдупрово'\никовне свойства позволит применять их также ллч созлания электротехнических изделий, в частности, электронагревателей.

Свойства карбисткремниевой керамики определяются ее ».»икро-структурой, формирующейся на ставки высокотемпературного оо>и-га. Опнако, то сих пор нет целенаправленных исследований процессов спекания Si-С - керамики, направленга-іх на получение материала с заданными свойствами. Не смотря на больлое количество ' ксперикектапьных паяных по получению различных типов кврбипкремниевой керамики нет молельных прегстзгтений о спекании >СС - керамики, позволяющих описать пронесен массо-переноса v, таким образом, прогнозировать ее свойства. Нет также однозначной трактовки роли опекающих '.обавок при получении керамики на основе карбчла кремния.

При изготовлении кзрбилкремниевых нагревателей остро СТОИТ проблема в управляемом получении из.^гелий с за^панной про^.о-пимосгыо у, ее температурной зависимость». У нако, сучествуоютя з промышленности технология не позволяет управлять 'тими характеристиками. & той области нет послепов.чтельннх исследований о связи технологических параметров спекания о -лектрическими характеристиками, поручаемых изделий, хотя именно такие исследования препставлят⁴ значительный !Т"^п'"рес, так как позволяют :грогнозироватъ свойства получ«р"ых мртеряг-лоБ, Ьіче очной проблемой является нерс.j_t.--пакли!* контроль качества спекания. Таким образом, тема диссертационной работа представляется актуальной как с научной, так и с практической точк'* ярения.

Цель риосертагк'окной -работы. і/еследежанге процессов спекания и чектропрочо-яоети карбі"¹ кремниевой к є; -мики :пя управляемого получения м»теог' "оч с контролируе*л-'ми лектгичес-kvvv характеристикой.

Научная новизна паботч:

I. Изучены процесс!/ м^осопе^еноо.г- иг начальной стягни спекания кяр<)і.,'<кремт;еной кщі'-н-Л'ку. і'окьзнно, чти и успвеях

- г -

нуіепого грал'єнта темперптуртт ochoehkm механизмом переноса массы в область контакта частип является диффузия в газовой фазе. При наличии градиента температуры массоперенос не зависит от геометрий контакта и осуществляется за счет разницы температуры между соседними зернами.

1. Разработаны модели уплотнения карбйдкреыниевой керамики в случае зернограничной диффузии и при спекании в градиенте температуры с учетом изменения размеров зерен. Показано, что механизм зернограничной диффузии реализуется при спекании порошков с исходным размером менее 10 ыкм, спекание в градиенте температуры эффективен для керамики из порошков с размером зерен более 10 ыкм и при температурах более 2400 К.

2. Исследована кинет/ки изменения микроструктуры при спекании харбидкремчиевой керамики. Установлено, что рост зерен ограничен подвижностью пор, закрепленных на границах, которая определяется поверхностной диффузией.

3. Изучена электропроводность карбидкремниэвой керамики в широком температурном диапазоне. Показано, что в области собственной проводимости сопротивление определяется политипной структурой материала и структурой порового пространства. Электропроводность в области истечения примесей является функцией ел едущих параметров: концентрации и уровней легирования первичного и вторичного S<- , их политипной структуры, структуры порового пространства.

4. Показано, что при спекании кубического карбида кремния происходит твердофазное превращение /і - $СС ~? j-SlC . что приводит к увеличению положительного ТКС в области истощения примесной электропроводности /?оС .

Практическая иенкость работы:

1. Исследованы основные процессы высокотемпературного обжига при получении рекристаллизованной карбидкремниевой керамики, состаиы которой соответстзуыт промышленным изделиям, Определено влияние температуры v, длительности обжига на плотность получаемой керамики.

2. Уточнена мегодика определения теплового поля при спекании сС -керамики в градиенте температуры. Предложена модель, позволяющая описать распределение температуры в об-

разне S^^c - керамики.

3. Разработан метод контроля качества спекания карбидкрем-ниевой керамики по данным электрических изыерений б области собственной проводимости 0иС

4. Исследована температурная зависимость проводимости кар-бидкремниевой керамики промышленных составов и предложены технологические режимы, позволяющие управлять как величиной проводимости, так и температурой перехода к области с положительным ткс.

5. Получена керамика с удельным сопротивлением от 5 " 10 до 10 Оле * см за счет применения легирующих добавок и изменения температуры обжига.

Основные паучные положения. выносимые на залиту:

1. При спекании GS^C _ керамики без спекающих добавок основным механизмом массоперєноса являются: кэссоперенос через газовую фазу за счет разности давлений паров над поверхностями различной кривизны и за счет разности температур между соседними зернами; спекающие добавки бор и углерод стимулируют механизм поверхностной диффузии.

2. Примесная электропроводность R3iC _ керамики является функцией следующих параметров: концентрации и уровней легирования первичного и вторичного tC , их поли-типкух структур, структуры порового пространства. Собственная электропроводность является функцией структуры порозого пространства и полотняной структуры материала.

Апробация работы:

Основные результаты работы докладывались на Ш Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Москва, 1988г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "Цуги совершенствования технологии полупроводниковых и диалект*- веских материалов" (Одесса, 1988г.); Всесоюзной научноР конференции по теплофизике (Минск, 1990г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавататьского состава ЛЭТИ км.В.И.Ульянова (Ленина) (Ленинград, 1989-1992 г.г.).

Публикации: По теме работы опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа сое-