Силициды

Техническое применение силицидов как высокотемпературных материалов связано с их сравнительно высокими температурами плавления, высокой химической устойчивостью и жароупорностью. В многочисленных работах Кемпбелла с сотр. описано получение силицидных покрытий на металлах IV—VI групп периодической системы. Несмотря на разнообразие возможных применений подобных покрытий, данных по этому вопросу мало.

При изучении синтетически приготовленных сплавов систем Ta-Si; Mo-Si и W-Si Бревер с сотр. установили наличие большого числа стабильных фаз с высокой температурой плавления. В табл. 185 приведен нижний предел эвтектических температур в этих системах. С практической точки зрения наиболее важной является система Mo-Si, и в частности, дисилицид молибдена.

Покрытие силицидом молибдена производится пропусканием смеси паров SiCU и H2 над проволокой или через сопла, нагреваемые до 1100—1800°; осаждение производится в аппарате, изображенном на рис. 271.

При этом на молибденовой основе сначала образуется тонкий промежуточный слой, богатый молибденом (Mo3Si, Mo3Si2?), а затем более плотный поверхностный слой из MoSi2.

По данным Киффера и Нахтигаля, которые также исследовали защитные покрытия на тугоплавких металлах, микротвердость дисилицида молибдена составляла 950 кг/мм2 (нагрузка 100 г); по другим данным микротвердость по Кнупу 1160 кг/мм2. Такое покрытие устойчиво на воздухе до 1700°.

В новой работе Кемпбелл с сотр. подробно описывают процесс силицирования молибденовой проволоки. В частности, исследовалось влияние температуры нити и продолжительности обработки на толщину слоя силицидов. Как показано на рис. 272, при температуре нити 1800° уже через 40 сек. образуется слой толщиной 25 u. Продолжительность службы силицированной молибденовой проволоки при высоких температурах сильно зависит от толщины покрытия. Например, как следует из рис. 273, двухмиллиметровую молибденовую проволоку с силицидным слоем толщиной 100 u можно нагревать на воздухе при 1700° в течение около 100 час. Покрытия толщиной более 250 u склонны к образованию трещин. Слой «окалины», образующийся при нагреве силицидных покрытий на воздухе, состоит, вероятно, из кварцевой пленки, в которой растворены низшие окислы молибдена. Это способствует высокой термостойкости защитного покрытия, так как трещины, появляющиеся при теплосменах в пленке кварца, закрываются вследствие «самозаращивания» благодаря быстрому испарению окислов молибдена. Силицирование позволяет использовать молибден в качестве нагревателей в окислительной атмосфере. Высокие температуры силицирования вызывают нежелательную рекристаллизацию и повышают хрупкость молибденовой основы.

В системе Mo-Si имеются соединения Mo3Si, Mo3Si2 и MoSi2, из которых последнее имеет наибольшее значение в качестве жароупорного материала. MoSi2 обладает хорошей проводимостью (удельное электросопротивление 21 мком*см). Прочность при сжатии колеблется между 70 и 245 кг/мм2.

Структура горячепрессованного MoSi2 показана на рис. 274.

Исследование поведения при окислении горячепрессованных образцов силицида молибдена показало (рис. 275), что область стойких против окисления составов лежит примерно между 20 и 40% (вес.) Si (в дисилициде молибдена 36,9% Si). Изменения веса при нагреве на воздухе силицидов молибдена при 1500° представлены в табл. 186. Плотные образцы из чистого MoSi2 можно в течение многих дней нагревать на воздухе при яркокрасном калении без существенных изменений.

Киффер, Конопицкий и Бенесовский исследовали возможность получения изделий (нагревателей) из порошка MoSi горячим прессованием или мундштучным прессованием с последующим спеканием. Полученные плотные стержни обладали металлическими свойствами, имели хорошую прочность и были вполне жароупорны до 1700°.

Введением связующего металла можно повысить прочность дисилицида молибдена; присадки устойчивых окислов повышают электрическое сопротивление. Большие возможности представляют комбинации этого силицида с другими жароупорными и тугоплавкими силицидами.