Способ получения пористых изде-лий из карбида кремния

45) Дата икования описания 07.03.81е г 7 азимиров, А, А. Врнычедзе4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ИЗДЕЛИ ИЗ КАРБИДА КРЕМНИЯИзобретение относится к способам получения изделий из карбида кремния и может быть использовано в технологии получения пористых изделий из карбида кремния, в частности контейнеров, реакторов, 5фильтров, диафрагм, перегородок, пластин,теплозащитных и тепловыравнивающих экранов в металлургической промышленности.Известен способ получения изделий из 1 Окарбидокремниевых 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 приобжиге. Кроме того, технология получения 20изделий таким методом многостадийна итребует введения в исходную смесь различных веществ, применяемых в качествесвязки,Известен способ получения пористого материала из карбида кремния путем введения в исходную смесь добавок с последующей термообработкой 21, По этому способу исходную смесь, состоящую из 100 вес, ч.карбида кремния, 40 - 150 вес. ч. жидкого 30 стекла и 0,5 - 10 вес. ч. плавленых бикарбоната натрия или бикарбоната или карбоната аммония, формуют и нагревают вначале до температуры 50 в 3 С для отвердения жидкого стекла и разложения на составные части плавленых неорганических веществ, а затем отжигают полученный вспененный продукт при температуре 800 - 1600 С для кристаллизации карбида кремния и перехода в стекловидное состояние жидкого стекла.Недостатками данного способа является наличие в полученных изделиях жидкого стекла и адсорбированных газов, образующихся при разложении связующих веществ в процессе термообработки изделий, а также многооперационность технологии,Кроме того, в изделиях, полученных по известному способу путем введения выгорающих добавок, после термообработки жидкое стекло не выгорает, а переходит в стекловидное состояние. Процессы получения полупроводниковых материалов и редких металлов (процессы прямого синтеза, процессы получения эпитаксиальных структур, процессы выращивания монокристаллов, процессы дистилляционной очистки и др,) ведутся при температуре 1200 - 1700 С и вакууме 1 10 -- 110 " мм рт. ст. При этих условиях изделия из карбида кремния, по 810649лученные 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,11 оставленная цель достигается тем, что в спосоое получения пористых изделии из карбида кремния, включающем формирование заготовки и последующую термоооработку, термообработку проводят в две стадии, сначала до температуры 1800 в 20 С 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 пор, 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 оудет содействовать лишь сфероидивации пор, а не уплотнению изделия,11 ри нагреве до температуры 1800 - 2000 С в вакууме 1 10- 1 10 -мм рт. ст. давление паров над 5 С 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 ЫС. 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 С 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 1 час также недостаточно для образования каркаса изделия.При температуре выше 2000 С и вакууме выше 1 10 -мм рт. ст. сублимация карбида кремния идет с большой скоростью, проис 10 15 20 25 30 35 40 45 50 00 65 ходит интенсивное испарение 51 С и удаление его из печного пространства. Выдержка более 2 час нецелесообразна, так как возрастает энергоемкость процесса.Б результате проведения 1 стадии процесса происходит частичное спекание частиц карбида кремния за счет испарения и конденсации частиц С, 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,11 ористые изделия, полученные при спекании при температуре 2300 в 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,1 р и м е р 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 10мм рт, ст. при температуре 1800 С в течение 2 час. Затем 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%.П р и м е р 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 1,5 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%П р и м е р 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 течение810649 Составитель А. Ворнычев Редактор И. Квачадзе Техред И, Пенчко Корректор О. Силуянова Заказ 512/11 Изд.208 Тираж 661 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 1 час в вакууме 110 -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%. 5Таким образом, предложенный способ по сравнению с известным способом имеет следующие преимущества.В связи с тем, что пористые изделия из карбида кремния, полученные предложен 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 - 110- 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 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 Ю - Мо - Ке отходов окисно-ректификационным способом, в технологии получения металлического рения, в качестве теплозащитных и тепловыравнивающпх экранов в металлургии редких металлов и полупроводниковых материалов. Формула изобретенияСпособ 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 в 20 С в вакууме 110- 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 Австралии434595, кл. 18,5, опубл. 1973.