Карбид бора, нитрид бора, карбид кремния

Рышкевич описал электротермическое получение карбида бора B4C и привел следующие значения прочности при изгибе горячепрессованных образцов: 35,2 кг/мм2 при комнатной температуре; 29,5 кг/мм2 при 650° и 24,6 кг/мм2 при 1100°. По данным автора, модуль упругости при комнатной температуре равен 29 600 кг/мм2. Кратковременная прочность карбида бора при 980° равна 15,8 кг/мм2, при 1425°— 16,5 кг/мм2 . Принимая во внимание низкий удельный вес карбида бора, такую прочность нужно рассматривать как весьма высокую. По относительной прочности (т. е. с учетом удельного веса) карбид бора значительно превосходит все высокотемпературные материалы, включая лучшие сплавы на основе TiC. К сожалению, карбид бора имеет очень малую термостойкость (см. табл. 170) и, кроме того, окисляется на воздухе при повышенных температурах.

Присадкой железа можно улучшить термостойкость карбида бора и стойкость его против окисления. Металлографическое исследование связывания B4C металлами показало, что как железо, так и никель и кобальт связывают карбид бора, образуя промежуточные сплавы и что чистый хром хорошо смачивает карбид бора. При размоле чистого порошка карбида бора хромомарганцовистыми стальными шарами продукт размола загрязнялся. После спекания в течение часа при 2065° получался сплав с 48,9% В, 36,4% Fe, 13,75% С и 0,3% Mn. Такие спеченные образцы были менее прочны, чем образцы из чистого горячепрессованного карбида бора, однако превосходили его по термостойкости и сопротивлению окислению на воздухе при 870°. В табл. 187 дана для сравнения прочность при изгибе образцов чистого карбида бора и образцов, полученных спеканием карбида бора и железа.

К другим попыткам получения материалов из карбида бора с повышенной термостойкостью относятся упомянутые ранее исследования материалов B4C-TiC и спеченных материалов B4C-SiC. Установлено, что горячепрессованные смеси из 85% SiC и 15% B4C имеют лучшую термостойкость, чем чистый B4C (см. табл. 170). Однако их кратковременная прочность при 980° составляет только 6,3 кг/мм2 по сравнению с 16,9 кг/мм2 для чистого карбида бора. Прочность при растяжении материала из 15% B4C и 8,5% SiC при 1200° составляет 5,0 кг/мм2 (для чистого карбида бора соответствующих данных нет). При оценке этих значений нужно учитывать, что образцы, состоящие из карбида кремния и карбида бора, имеют удельный вес приблизительно 3 г/см3) таким образом, их относительная прочность вполне сравнима с прочностью других высокотемпературных материалов.

Нитрид бора (уд. вес 2,25 г/см3; температура сублимации 3000°) практически не обладает ни жаропрочностью, ни жароупорностью; может быть получен электротермическим путем.

Карбид кремния SiC имеет удельный вес 3,2 г/см3 и температуру плавления около 2700°. Он широко используется для электрических нагревательных элементов (силитовые и глобаровые стержни и другие материалы).

По Бауману, чистый карбид кремния претерпевает аллотропическое превращение, которое заканчивается в течение нескольких минут при 2300°; модификация, стабильная при комнатной температуре, устойчива до 2100°.

Керамические нагревательные стержни содержат обычно в качестве примесей SiО2 и AbO3. Такие нагревательные элементы устойчивы в окислительной атмосфере до 1300° и могут кратковременно использоваться при значительно более высоких температурах.

Интерес представляет карбид кремния, пропитанный металлическим кремнием. Электротермический способ получения таких материалов и их свойства описаны Розе. Материал SiC-Si имеет при 800° прочность при растяжении 42,2 кг/мм2 (45,7 кг/мм2 при комнатной температуре), а при 1320° прочность при изгибе равна 23,2 кг/мм2. Принимая во внимание небольшой удельный вес (3,2 г/см3) и хорошую теплопроводность, его можно считать многообещающим высокотемпературным материалом. Коэффициент линейного расширения этого материала равен 4*10в-6; теплопроводность при 850° составляет 0,04 кал/см*сек*град.

Попытки найти для карбида кремния упрочняющую и жароупорную металлическую связку до сих пор не увенчались успехом. Так, попытки связывать карбид кремния хромом не дали результатов из-за разложения карбида кремния при окислении хрома во время спекания и при нагревании на воздухе.

Все случаи применения огнеупорных материалов из карбида кремния отмечены Эверхардтом.