Термодинамический анализ условий образования карбида кремния в сложных металлических расплавах

Abstract

Системы вида Mе–Si–C, включающие металлический расплав, являются основой перспективной методики выращивания монокристаллов карбида кремния. Потребности развития такого рода технологий диктуют необходимость поиска составов металла с относительно низкими температурами плавления, которые при этом сохраняли бы способность растворять кремний и углерод в существенных количествах. Усложнение составов металлического расплава на основе элементов подгруппы железа позволяет достигать требуемого эффекта. Для поиска новых составов относительно легкоплавких металлических расплавов – катализаторов роста кристаллов карбида кремния – целесообразно использование проекций поверхностей ликвидуса систем Fе–(…)–Si–C. Целью настоящей работы стало проведение термодинамического моделирования систем вида Fе–(…)–Si–C для определения возможностей понижения температуры металлического расплава, равно- весного с карбидом кремния. Для термодинамического моделирования использован блок Phase Diagram программного пакета FactSage (версия 6.4) производства Thermfact (Канада) и GTT Technologies (Германия). В ходе настоящей работы рассчитаны координаты поверхностей ликвидуса для систем Fe–Ni–Si–C, Fe–Co–Si–C, Fe–Mn–Si–C и Fe–Ni–Co–Mn–Si–C. Представленные в форме поверхностей ликвидуса фазовые диаграммы позволяют не только определить состав металла с минимальной температурой плавления, но и наглядно представить диапазоны концентраций и температур, для которых равновесным продуктом взаимодействия компонентов металла будет являться SiC. Это особенно полезно с точки зрения выбора режима процесса выращивания кристаллов карбида кремния. The Me–Si–C systems which contain metal melt are the basis of a promising technique for growing single crystals of silicon carbide. Such techniques necessitate the search for metal compositions with relatively low melting points, which would preserve the ability to dissolve silicon and carbon in sufficient amounts. The increasing complexity of metal melt compositions based on the elements of the iron subgroup enables to achieve the desired effect. To search new compositions of fusible metal melts, i.e. catalysts of silicon carbide crystals growth, it is advisable to use the liquidus surface of the Fe–(...)–Si–C systems. The aim of this work was to make thermodynamic modeling of the Fe–(...)–Si–C systems to identify opportunities for reducing the metal melt temperature in equilibrium with silicon carbide. The “Phase Diagram” block of the software package “FactSage” (version 6.4) developed by “Thermfact” (Canada) and “GTT Technologies” (Germany) were used for thermodynamic modeling. During this investigation liquidus surfaces of the Fe–Ni–Si–C, Fe–Co–Si–C, Fe–Mn–Si–C and Fe–Ni–Co–Mn–Si–C systems were calculated. Phase diagrams presented in the form of surface iquidus enable not only to determine metal composition with the lowest melting point, but also to visualize the range of concentrations and temperatures for which SiC is the reaction product of metal components. This is especially useful in the mode selection process of growing silicon carbide crystals.