Nitridlə birləşdirilmiş silikon karbid oksidləşdirici atmosferdə 8–12 aydan sonra niyə möhkəmliyini itirir?

Mən Şanxay və ətrafındakı keramika və metallurgiya zavodlarında yüksək temperaturlu avadanlıqlarla on iki il işləmişəm. Nitridlə birləşdirilmiş silikon karbidlə bağlı ən davamlı problemlərdən biri odur ki, sobanın rəfləri, lövhələri və yerləşdiriciləri yerləşdirildikdə möhkəm görünür, lakin bir neçə ay normal xidmətdən sonra əvvəllər problemsiz daşıdıqları yüklər altında çatlamağa və ya əyilməyə başlayır. Əksər operatorlar materialın sadəcə “köhnəldiyini” və ya bişirmə dövrünün çox aqressiv olduğunu düşünürlər. Mənim işlədiyim sahələrdə isə əsas səbəb səth temperaturda havaya məruz qaldıqda nitrid bağlanma fazasının tədricən oksidləşməsidir.

Nitridlə birləşdirilmiş silisium karbid silisium karbid dənələrini bir arada saxlamaq və hissəyə möhkəmlik və termal şok müqaviməti vermək üçün silisium nitrid matrisindən asılıdır. Azaldıcı və ya neytral mühitdə bu bağ nisbətən sabit qalır. Sobanın və ya fırının əlavə hava ilə işləməsi – fasiləli keramika bişirmə və ya bəzi metal istilik müalicəsi dövrlərində tez-tez rast gəlinən – hallarında oksigen nitridə hücum edir. Səthdə və daha da əhəmiyyətlisi dənə sərhədlərində nazik silisium zəngin qat yaranır. Parça qəfil sıradan çıxmır; o, tədricən əyilmə möhkəmliyini itirir və istilik gradientlərinə daha həssas olur. Mən müntəzəm olaraq yeni vaxtı 40 MPa-dan xeyli yuxarı ölçülən lövhələri görürəm ki, 1200 °C ilə otaq temperaturu arasında gündəlik 8–12 aylıq dövr etdikdən sonra onların möhkəmliyi 20-lərin aşağı səviyyələrinə enir.

Praktiki nəticə iki cür özünü göstərir. Birincisi, rəflərdə kənarlardan və ya dayaq nöqtələrinin ətrafında başlayan incə çatlar yaranır və onlar öz çəkisi ilə mal yükünün təsiri altında yayılır. İkincisi, görünən çatlar yaranmazdan əvvəl belə effektiv yükdaşıma qabiliyyəti azalır, buna görə operatorlar ya hər rəfə qoyulan əşyaların sayını azaldır, ya da daha yüksək sınıq nisbətlərini qəbul edirlər. Hər iki halda zavod mebelləri ilkin alış hesablamalarında nəzərdə tutulduğundan daha tez əvəzləməli olur. Davamlı itələyici və ya rulonlu sobalarla, daha sıx atmosfer nəzarəti olan zavodlar adətən eyni sinifdən daha uzun ömür əldə edir; Şanxay bölgəsində geniş yayılmış fasiləli partiya sobaları isə problemi daha tez göstərir, çünki hər soyuma prosesi isti səthlərə təzə hava daxil olmağa imkan verir.

Əslində parçalanmanı ləngidən amil, bağlanma fazasını məhdudlaşdırıcı faktor kimi qəbul etdiyiniz zaman olduqca sadədir. Prosesin imkan verdiyi qədər pik temperaturu və temperaturda qalma müddətini mümkün qədər aşağı saxlayın; 1350 °C-dən yuxarı hər əlavə 50 °C qaytarılan hissələrdə ölçdüyüm oksidləşmə sürətini nəzərəçarpacaq dərəcədə artırır. Tandır dizaynı imkan verdikdə, yüksək temperaturda saxlama zamanı qısa müddətli qaz boşaltması və ya azacıq reduktiv atmosfer oksigenin qismən təzyiqini kifayət qədər azaldır və istifadənin ömrünü bir neçə ay uzadır. Mexaniki yükləmə də eyni dərəcədə vacibdir. Yalnız uclarında dayaqlanan və ağır, bərabərsiz aşınma yükü daşıyan nitritlə birləşdirilmiş SiC materialının alt səthində daha yüksək dartılma gərginlikləri yaranır; səth oksidləşmə nəticəsində zəiflədikdə bu gərginliklər çatların daha erkən yaranmasına səbəb olur. Üç nöqtəli və ya davamlı dayağa keçmək, yaxud hər lövhəyə düşən maksimum yükü 15–20 % azaldmaq material sinifini dəyişmədən tez-tez ilkin əvəzləmə intervalını bərpa edir.

Mən həmçinin qaytarılan lövhələri oksidləşmiş qatın qalınlığına görə yoxlayıram. Bir neçə yüz mikron qalınlığında vahid açıq boz səth filmi normaldır; kənarlarda lokal daha qalın qabıq və ya tozlaşma adətən sobada isti nöqtənin olması və ya tövsiyə olunan həddən yuxarı uzunmüddətli məruz qalma deməkdir. Atmosfer oxunuşlarını, maksimum rəf yükünü və ilk çatlar görünməzdən əvvəl keçən dövr sayını qeyd edən fabriklər adətən eyni nitridlə birləşdirilmiş SiC üzərində orta ömrü təxminən 10 aydan 14–16 aya qədər uzada bilirlər. Orijinal sıx yükləmə nümunəsini və tam hava atmosferini saxlayanlar isə lövhələri daha qısa, daha baha başa gələn cədvəllə əvəzləyir və yeni dəstin niyə əvvəlkindən daha uzunömürlü olmadığını düşünməyə davam edirlər.

Materialın özü bağlanma fazası qorunduqda uzunmüddətli xidmət göstərməyə qadirdir. Sahədə gördüyüm fərq demək olar ki, heç vaxt xammal keyfiyyətinin qəfil dəyişməsi deyil; fərq ondan ibarətdir ki, zavod oksidləşməni və yüklənməni nəzarət olunan dəyişənlər kimi mi, yoxsa qaçılmaz fon şəraiti kimi qəbul edir.