2 Основні методи отримання безкисневої кераміки

Отримання безкисневих керамічних матеріалів пов'язане з різноманітними технологічними операціями, основаними на використанні хімічних реакцій , а також фізіко-механічних процесів. Умовно технологічні процеси отримання неоксидної кераміки можна розділити на дві групи:

технологія, що використовує як початкові речовини хімічні сполуки на основі елементів, що утворюють при дисоціації або відновленні в газовій фазі ковалентний нітрид і карбіди (хімічна технологія);

технологія, що використовує як початкові речовини порошки ковалентного нітриду і карбідів, а також різні активуючі і модифікуючі добавки (порошкова технологія).

Методи хімічної технології використовуються при отриманні керамічних матеріалів в результаті газотранспортних реакцій на гарячих підкладках, при проходженні яких утворюються полікристалічні шари. Залежно від температури осадження, швидкості протікання газової суміші, співвідношення компонентів, тиску газів в реакційній зоні можуть формуватися керамічні матеріали, що відрізняються розміром кристалітів, пористістю, наявністю або відсутністю текстури. Газотранспортні хімічні реакції, в яких беруть участь галогеніди бору, алюмінію і кремнію, а також аміак і вуглеводні, призводять до утворення нітриду бору, алюмінію і кремнію, а також карбідів бору і кремнію. Метод хімічного і газофазного осадження дозволяє отримувати тонкі плівки і покриття з вказаних сполук на графіті і тугоплавких металах. Отримання цим шляхом масивних виробів ускладнене через низьку продуктивність процесу і напруження, що розвиваються при осадженні товстих шарів.

Оскільки усі реактиви, використовувані при газофазному синтезі тугоплавких сполук, можуть піддаватися глибокому очищенню, для керамічних шарів, осілих з газової фази, характерний мінімальний вміст домішок. Для отримання високомодульних волокон можлива організація безперервного процесу осадження з газової фази, наприклад, карбіду кремнію на рухомий нагрітий вольфрамовий або вуглецевий шнурок .

Таким чином, хімічна технологія дозволяє отримувати керамічні матеріали у вигляді тонких плівок, покриттів, шарів, волокон. Газофазні матеріали відрізняються високою чистотою, дрібнозернистістю, рівномірністю структури. У газофазних матеріалах реалізуються найбільш високі механічні, тепло- і електрофізичні властивості.

Очистка вихідних компонентів

(B,Al,Si)_xCl_v

C_xH_v

NH₃

H₂,Ar

Склад

З мішування

Г азофазне осадження

нагрівання

Контроль якості

Рисунок 2.1- Схема основних технологічних операцій при отриманні газофазних матеріалів

Висока вартість початкових продуктів, мала продуктивність процесу і обмеження, пов'язані з неможливістю отримання масивних виробів, визначають порівняно вузьку область застосування газофазних керамічних матеріалів. Значно ширші можливості має порошкова технологія, що дозволяє отримувати численні і різноманітні керамічні матеріали і вироби з них із заданими структурою, фазовим складом і пористістю. Метод порошкової технології заснований на використанні процесів синтезу неметалевих тугоплавких сполук, їх диспергування до необхідного розміру часток, змішування порошків з технологічними звязками, активаторами, модифікуючими добавками, формоутворення і спікання. Послідовність технологічних операцій, вживаних при порошковій технології, представлена на рисунку 2.2

Основні варіанти порошкової технології відрізняються специфікою процесів синтезу і диспергування порошків, умов формоутворення і спікання, а також можливістю поєднання двох останніх операцій (гаряче пресування або гаряче ізостатичне пресування). Залежно від призначення виробу і його конфігурації здійснюється вибір оптимальної схеми виробництва. Так, при отриманні виробів складної конфігурації рекомендується застосування таких способів формоутворення, як гаряче литво термопластичних шлікерів, інжекційне, гідростатичне або віброімпульсне формування з наступним спіканням або гарячим ізостатичним пресуванням. Наприклад, різальні пластини отримують, як правило, методом гарячого або гарячого ізостатичного пресування; вогнетривкі вироби простої форми - холодним пресуванням і спіканням.

Для різних по складу безкисневих керамічних матеріалів мають місце істотні відмінності в технологічних операціях, пов'язані з термодинамічними параметрами і фізичними властивостями основних фаз.