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碳化硅电热元件的高温失效机理

    探讨碳化硅电热元件的高温失效方式和损坏机理,对于改善其使用性能,提高使用温度和寿命以及开发新型碳化硅电热元件都是非常有必要的。
    sic与0:的反应主要有以下两种:
                2SiC(s)+30}(g)=2SiOZ(s)+2C0(g)(5一1)
                SiC(s)+ 30}(g)=Si0(g)+CO(g)(5一2)
    若按5-1式进行,则生成具有保护功能的二氧化硅膜,随着反应的进行,二氧化硅的膜越来越厚,但反应速度越来越慢。若按式5-2进行,则生成的是多孔且易挥发的Si0,随着反应的进行,样品质量不断减少。
      在碳化硅耐火材料制备阶段和初期氧化以及氧分压高寸,碳化硅电热元件材料的表面氧化容易形成保护层。由于度的变化以及机械的冲。保护层易发生损伤,现裂纹或保护层剥落。在这种必己下,没有被氧化的SiC部分将会六出,似部分立刻被氧化,形成新的保护层。这个过程反复发生,氧化缓慢地进行下去。而且再生的保护层主要是SiO,体积比SiC大。在小裂纹内被氧化时,认为会使裂纹部分扩展,进而产生新的小裂纹,氧化将缓慢进行下去。如果保护层不发生损伤,则氧化充分被抑制,长期地缓慢的氧化,保护层变得更厚、更坚固。结果使氧沿内部扩散的速度降低。
    在保护气氛中,如NCO:等气氛中,此时氧分压很低,SiC即使被氧化,也不能完全氧化成Si02,而是变成挥发性的准氧化物Si0(g), Si0不能形成保护层,积存在耐火材料气孔内部,反应持续发生,Si0生成的量更多时,则会溢出耐火材料之外,其结果是材料重量减轻。
    重结晶碳化硅电热元件是由高纯度(>99%)的碳化硅粉经2300℃以上的高温,在真空中或保护气氛中烧结而成的,其在高温下的氧化跟纯碳化硅基本相同。重结晶碳化硅烧结属于蒸发凝聚机理,不发生收缩,所以其制品有较大的气孔率,氧化后,重结晶碳化硅的表面覆盖着一层SiO,在高温循环使用时,由于Si0:和SiC热膨胀系数的差异,Si0:层开裂,又裸露出新的碳化硅表面,在下一次高温循环过程中,又再次被氧化,最终材料被损坏。重结晶碳化硅的氧化引起其材料质量的改变,质量增加与时间的关系为抛物线关系,氧进入内部结构,在SiC颗粒表面形成SiO,进一步氧化取决于氧穿过Si0:层扩散进入内部的速度。www.sdzygw.com

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