ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Технология производства карбид-кремниевых электронагревателей из "Химическая электротермия" В карбиде кремния техника располагает веществом, отличающимся инертностью по отношению к кислороду и обладающим, правда, незначительной электропроводностью таким образом карбид кремния отвечает требованиям, предъявляемым к материалам для изготовления неметаллических нагревателей. Первые опыты с ними были неудачны. Причина этого заключалась, повидимому, в том, что для приготовления фасонных изделий из карбида кремния были применены либо неподходящие материалы для связок, либо неподходящие методы связывания. [c.175] Первый шаг к удовлетворительному решению задачи изготовления работоспособных электронагревательных сопротивлений из карбида кремния заключался в том, что к карбиду кремния попытались прибавить свободный, несвязанный металлический кремний. Оба вещества подвергают возможно более тщательному перемешиванию, затем к ним добавляют или летучую, или обугливающуюся (например глицерин) связку, этой смесью заполняют соответствующую форму, нагреваемую до температуры размягчения металлического кремния, вследствие чего вся масса спекается в плотное тело. В случае применения карбонизующейся связки выделяющийся при этом углерод соединяется с кремнием, образуя карбид кремния. Сопротивления, изготовленные по этому методу, обладали, однако, еще тем недостатком, что при длительном нагревании до высокой температуры они постепенно изменяли свое сопротивление и именно в результате воздействия азота воздуха. [c.175] Однако электросопротивления, полученные по последнему из вышеуказанных методов, все еще не полностью удовлетворяли тем требованиям, которые предъявляются к электронагревательным сопротивлениям. Хотя и очень медленно, но все же они изменяли величину своего удельного электрического сопротивления при длительных нагревах до высоких температур. Однако в результате продолжительных изысканий удалось устранить и этот недостаток и выработать методы работы, приводящие к вполне удовлетворительным результатам. [c.176] В результате исследований как в отношении специальных методов производства, применяемых для изготовления нагревателей из карбида кремния, так и в отношении методики ведения процесса рекристаллизации удалось добиться получения нагревателей, состоящих целиком из карбида кремния, который, впрочем, обладает электрическими свойствами, совершенно отличными от свойств всех прочих известных его форм. Обычно изделия из рекристаллизованного карбида кремния обладают в холодном состоянии высоким и случайным электросопротивлением и весьма значительным отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления. [c.176] Сказанное справедливо в еще большей степени как в отношении отдельных несвязанных кристаллов, так и в отношении связанных каким-либо иным путем. Современные же нагревательные сопротивления в противоположность этому обладают положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления в диапазоне рабочих температур и не требуют повышения напряжения для пуска. Они могут быть изготовлены с точно определенным удельным сопротивлением, величина которого может вариировать в широких пределах. Таким образом, эти электронагреватели являются практически единственно пригодными для рабочих температур до 1100° и выше — до 1400° без применения специальной защитной атмосферы и без специального дорогостоящего трансформаторного оборудования. [c.176] По тем же сведениям при производстве нагревателей марки кварцилит пользуются смесью 70% Si +25% Si O (силоксикон) для средней части стержней, а на концах добавляют еще 25 частей металлического кремния. [c.177] Заформованные изделия подвергают [66] действию окиси углерода при температурах около 1500°. Металлический кремний поглощает при этом окись углерода с образованием оксикарбидов кремния, которые, подобно вышеупомянутым азотистым соединениям кремния, связывают карбид кремния в чрезвычайно твердое, плотное тело. При дальнейшем нагреве примерно до 1600—1700° свободный углерод, имеющийся в заформованных изделиях, восстанавливает до карбида кремния оксикарбиды последних, образовавшиеся в результате действия окиси углерода на металлический кремний. Этот вновь образованный вторичный карбид кремния связывает имевшийся в массе уже до того первичный карбид кремния в прочные фасонные изделия, которые, при правильном выборе компонентов смеси, состоят только из карбида кремния. Таким путем приготовляется электросопротивление, обладающее необходимыми для электронагревателя качествами, а именно — высокой жароупорностью, значительной сопротивляемостью действию атмосферного воздуха и большим удельным электрическим сопротивлением, значение которого может быть изменено в широких пределах. [c.177] Вышеописанный метод не является единственно возможным вариантом технологического процесса получения монолитных изделий из карбида кремния. Однако ему свойственна все же одна черта, обязательная для любого практически пригодного варианта, а именно — создание таких условий, при которых в заформован-ном изделии образуется вторичный карбид кремния, цементирующий в единое целое первоначально замешанный в массу первичный карбид кремния и превращающий, таким образом, изделие в однородное самосвязанное карби д-кремниевое тело. Следовательно, для получения карбид-кремниевых нагревателей пригоден всякий метод, обеспечивающий образование самосвязанной (вторичными Si ) к а р -бид-кремниевой массы. [c.177] например, Караянопуло и Новиковым [68] разработан метод производства нагревателей из карбида кремния, существенно отличающийся от описанного выше отсутствием металлического кремния в исходной шихте и применением двухступенчатого обжига первичного — коксующего и вторичного — силицирующего. [c.177] Кроме того, к массе добавляется жидкое стекло — силикат натрия в количествах, зависящих от способа последующей формовки при формовке литьем шликера 20—25%, а при формовке методом полусухой набивки (прессования)— от 10 до 15% (количество добавляемого жидкого стекла зависит от гранулометрического состава массы, а также от рода углеродистой добавки). [c.178] Авторы остановились на обеспечивающем меньшую пористость нагревателей полусухом прессовании в бумажных трубках, внутренние размеры которых определяются внешними размерами формуемых нагревателей. Бумажные трубки для увеличения их прочности вставляются в деревянные формы. Этот метод дает возможность изготовлять стержни длиной до 1,5 ж при диаметре до 50 мм. При изготовлении трубчатых нагревателей, до набивки массы в трубку, в нее по оси закладывается хлопчатобумажный фитиль — шнур, который при коксующем обжиге обугливается и удаляется. Отверстия с концов, в случае надобности, могут быть затем заделаны полусухой массой. Целесообразность трубчатой формы нагревателей, особенно более крупных размеров, диктуется рядом соображений уменьшением перегрева внутренней части нагревателя, теплоотдача которой затруднена по сравнению с периферической частью, облегчением процесса силицирования уменьшением нередко возникающего при этом растрескивания, а также увеличением электрического сопротивления при заданных габаритных размерах. [c.178] После набивки в бумажные формы нагреватели медленно, с тем чтобы они не растрескивались и не делались пористыми, сушат в течение 3—5 суток при температуре 20—25°, при этом нагреватели подвешивают в вертикальном положении, с тем чтобы они не деформировались. [c.178] Обожженные нагреватели освобождают от обуглившейся картонной оболочки (и фитиля, если таковой имеется), раскатывают в горячем состоянии на плите для устранения искривлений и после остывания обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из мелкого кварцевого песка и графита, взятых в отношении 1 1. Обмазка нагревателя, уменьшая его электрическое сопротивление, позволяет сократить продолжительность его разогрева при последующем силицирующем обжиге и защищает нагреватель от окисления в случае прорыва к нему воздуха через слой засыпки в процессе обжига. Обмазанные стержни высушивают, после чего они могут быть подвергнуты силицирующему обжигу. [c.179] Этот обжиг, по Караянопуло и Новикову 68], осуществляют индивидуально для каждого стержня, путем прямого нагрева его электрическим током до температуры порядка 1800°. Для этого нагреватели зажимают между двумя угольными электродами значительного сечения, как это показано на рис. [c.179] Вследствие сильного разогрева засыпки вокруг нагревателя, она спекается, образуя защитную рубашку. [c.179] Кремния и спекания первичного и вторичного (образовавшегося вышеописанным путем) карбида кремния в монолитную поли-кристаллическую однородную массу. [c.180] Силицирующий обжиг является важнейшим процессом производства нагревателей из карбида кремния, в значительной мере определяющим их качество. [c.180] Обожженные нагреватели подвергаются очистке и механической отделке и затем поступают на металлизацию концов (головок), служащих контактами для включения нагревателей в цепь. Металлизация преследует цель увеличить электропроводность концов во избежание иХ перегрева. [c.180] Караянопуло и Новиков [681, исследовав различные методы термообработки концов нагревателей с целью повышения их электропроводности, остановились на пропитке их кипящим силико-алюминием. Для этой цели стержни, предварительно подогретые до 800—1000°, вставляют в гнезда глубиной 30—40 мм в угольном теле сопротивления, нагреваемом током (рис. 26). Температура кипящего силико-алюминия, сплава кремния и алюминия, взятых в отношении 1 1, достигает 2200—2500°. Выдержка в нем нагревателей продолжается от 2 до 5 мин. [c.180] Вернуться к основной статье