МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ УЩІЛЬНЕННЯ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ПІРОКАРБІДОМ КРЕМНІЮ

Abstract

В роботі розглянуті особливості отримання та застосування матеріалів класу С/SiC у вигляді вуглець-карбідокремнієвих конструкцій в різних галузях техніки. Робота спрямована на розробку математичної моделі осадження піролітичного карбіду кремнію на пористу поверхню вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів із суміші газів на основі метану CH4 та SiCl4. Піролітичний карбід кремнію утворюються в результаті термічної дисоціації кремнійорганічних сполуктетрахлориду кремния (SiCl4) або метилтрихлорсилану (CH3SiH3). При ущільненні піролітичним карбідом кремнію армованих композиційних матеріалів кремнійорганічні сполуки в зону реакції потрапляють спільно з воднем або метаном, які одночасно є газом-відновником і газом носієм. Процес осадження чистого карбіду кремнію конкурує з осадженням вуглецю та суміші карбіду кремнію з вуглецем. Тому одним з завдань роботи є забезпечення таких умов протікання гомогенно-гетерогенних процесів, які б реалізувати осадження чистого SiC. При піролізі метилтрихлорсилану в інтервалі температур 800-1000°С утворюється SiC високої щільності та фіолетового відтінку. З підвищенням температури піролізу метилтрихлорсилану колір покриття переходить у сірий. Розмір кристалів становить близько 22 нм. Вихід SiC знаходиться в межах 25 – 35%. Максимальний вихід кремнію карбіду спостерігається в інтервалі температур 1250 – 1500 °C. Підвищення температури до 1600 °C не істотно впливає на вихід SiC. В процесі дослідження встановлено, що найбільш актуальним є хіміко-термічне осадження з газової суміші метану та тетрахлориду кремнію під час якого досягається стехіометричне осадження SiC без ушкодження вуглецевих волокон у карбонизированних вуглепластиках з карбідизованою матрицею. В роботі визначені теоретичні константи рівноваги уявленнях термохімічних реакцій. Визначено формули для оцінки продуктивності термохімічного реактора в умовах квазірівноважного режиму осадження карбіду кремнію.