ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Получение карбидных волокон газофазным методом из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Карбидные волокна, полученные методом газофазного осаждения, являются бикомпонентными волокнами. [c.341] Принципиальная схема получения карбидной нити на вольфрамовой подложке приведена на рис. 7.6. Для поддержания постоянной температуры нити по всей длине аппарат оснащен несколькими электродами. Известны многокамерные аппараты, в которых последовательно осуществляется осаждение карбида на движущуюся нить. Каждая камера снабжена ртутными затворами они изолируют систему от воздушной среды и одновременно служат скользящими контактами, к которым приложено напряжение, обеспечивающее нагрев нити. Вольфрамовая нить имеет диаметр 12,7— 25,4 мкм Si -нить получается диаметром 70—100 мкм. В4С-нить — диаметром 150—230 мкм. Диаметр карбидного волокна зависит от диаметра нити подложки, скорости газового потока и длины зоны осаждения. [c.341] Компоненты газовой смеси должны иметь высокую температуру диссоциации с тем, чтобы обеспечить достаточно большую скорость реакции разложения и образования твердой фазы. Следует избегать пересыщения компонентов реакции, так как в этом случае карбиды образуются в газовой фазе и, осаждаясь на волокне, способствуют возникновению рыхлого неравномерного слоя, ухудшающего свойства волокна. [c.342] Представляет интерес применение углеродной нити в качестве подложки. Диаметр элементарной углеродной нити составляет 6—12 мкм, что позволяет получить относительно тонкие, достаточно гибкие карбидные нити. Но получить подобные элементарные углеродные нити сложно, поэтому приходится применять пучок нитей. В этом случае трудно добиться равномерного расиределення карбидообразующего элемента и соответственно получения равномерного карбидного волокиа. При изготовлении карбидных волокон на угольной подложке можно применять исходные вещества, не содержащие углерода, так как источником углерода для образования карбида служит углерод нити — подложки. [c.342] Эдисон [56] впервые для повышения электропроводности угольных нитей, применяемых в лампах накаливания, осуществил разложение Si U иа поверхности раскаленной углеродной нити с образованием Si . Позже применяли и другие соединения для получения Si на углеродных нитях [57—59]. [c.342] Как видно из табл. 7.6, бикомпонентное волокно по сравнению с исходным углеродным волокном обладает гораздо большими прочностью и модулем Юнга. При соотношении В4С С (1 1) прочность волокна равна 167 кгс/мм , модуль Юнга — 35-10 кгс/мм . При дальнейшем увеличении доли В4С прочность снижается, а модуль продолжает возрастать. Диаметр волокна увеличивается, но тем не менее он остается небольшим (10,5—12 мкм) и обеспечивает высокую гибкость волокна. Следует, однако, отметить, что по мере увеличения степени карбидизации эластичность волокна уменьшается. Плотность В4С составляет 2,49—2,51 г/см , поэтому плотность бикомпонентного волокна возрастает по сравнению с исходным углеродным волокном. В4С имеет ноликристаллическую структуру. В рассматриваемом примере исходное углеродное волокно имело низкую прочность, поэтому представляло бы интерес выяснить зависимость механических свойств В4С-волокна от прочностных характеристик исходного углеродного волокна. [c.343] Волокно из карбида бора на подложке из углеродного волокна получено [61] также с применением в качестве источника бора карборана-10. Прочность волокна составляла 80—180 кгс/мм и модуль Юнга был равен 50-10 кгс/мм . [c.344] Волокно из карбида кремния, как правило, получается на вольфрамовой подложке. Хоух с сотр. [62] описали такой способ. [c.344] Существенным является выбор компонентов газовой фазы и их термическая стабильность, определяющая однородность и свойства волокна. Изучено большое число карбидообразующих соединений. Чаще всего применяются смеси, состоящие нз соединений кремния и органических соединений. Важно, чтобы при распаде смеси не получался углерод, который, осаждаясь на волокне, снижает его качество. [c.344] В табл. 7.7 приведены соединения и смеси, использованные при получении Si -волокна. Из исследованных композиций наиболее удачной оказалась смесь Si l4i-(СНз)2СО при мольном соотношении кремния и углерода (без учета атомов углерода, соединенных с кислородом) от 2,5 1 до 3 1. Оптихмальная температура процесса находится в пределах 1400—1550 °С. Удовлетворительные результаты получены также при использовании метилтрихлорсилана. Термодинамический анализ указывает на важную роль водорода, применяемого в качестве газа-носителя в его отсутствии образование Si невозможно [63]. [c.344] Важнейшим параметром процесса является скорость движения нити-подложки, определяющая производительность аппарата. По литературным данным [60, 64], скорость движения нити составляет только 0,6 м/мин. [c.344] Волокна, полученные описанным способом, имеют небольшую прочность (95—126 кгс/мм ), но довольно высокий модуль Юнга (42 кгс/мм ). Низкая прочность объясняется, видимо, несовершенством процесса и большой дефектностью волокна. [c.345] В патенте [65] описаны усовершенствованный способ и аппаратура для получения Si -волокна. Волокно получалось осаждением из газовой фазы карбида кремния на вольфрамовую подложку. Источником кремнкя служил HsSi U, газом-носителем — водород. Движение смеси газов было параллельным перемещению нити. Температура процесса составляла 1200—1300 °С колебание температуры по длине нити не превышало 30 °С. Для получения волокна использовался двухкамерный аппарат горизонтального типа. В первой камере в среде водорода нить очищалась от жиров и при 800—1200 °С удалялся адсорбированный кислород. Во второй камере Si осаждался на подложке. Камера была снабжена тепловым экраном. Может быть несколько реакционных камер, причем длина каждой из них зависит от их общего числа. Скорость движения волокна изменялась от нескольких сантиметров до десятка метров в минуту. Диаметр Si -волокна составлял 100— 200 мкм, оно имело очень хорошую поверхность и высокие механические показатели (прочность 250—350 кгс/мм , модуль Юнга 45-10 кгс/мм ). В патенте приводится схема аппарата. [c.345] Согласно патенту [66] прочность Si -волокна повышается иа 20—30°/о при обработке его после выхода из реакционной камеры 5%-ным раствором КОН при 20—25°С в течение 2 мин. Прочность волокна, составлявшая до обработки 220—240 кгс/мм , после обработки повысилась до 260—320 кгс/мм . Модуль Юнга остался без изменения и был равен 45 10 кгс/мм . Для уменьшения колебаний температуры нити реакционную камеру снабжают тепловым экраном и печью с тепловым градиентом, расположенными вокруг аппарата со стороны выхода из него волокна. При наличии такого устройства колебания температуры по длине нити снижаются до 15°С. [c.345] Заметное улучшение качества осадка Si и прочности Si -волокна достигается введением в газовую смесь галоидных соединений бора в соотношении Si В (6 1). При этом получается волокно, состоящее из смеси карбида кремния и бора оно представляет собой модифицированное Si -волокно. [c.345] Достигнутые механические показатели Si -волокон, надо полагать, не являются пределом, и в будущем могут быть найдены условия, позволяющие улучщить свойства этих волокон. [c.345] К положительным свойствам Si -волокон относятся высокие термостойкость, химическая стойкость, в том числе к окислителям, хорошая адгезия к связующим, относительно невысокая плотность. [c.345] Вернуться к основной статье