Uticaj aditiva na sinterovani silicij-karbid

Sintetizirani silicijum-karbid bez pritiska smatra se najperspektivnijim, a procesom sinteriranja bez pritiska mogu se pripremiti keramike složenih oblika i velikih dimenzija. Ovisno o mehanizmu sinteriranja, ova vrsta sintetiziranog silicijum-karbida može se dalje podijeliti na sinteriranje u čvrstoj fazi i sinteriranje u tečnoj fazi. β-SiC koji sadrži tragove SiO može se sinterirati na atmosferskom pritisku dodavanjem B i C. Ova metoda značajno poboljšava kinetiku sinteriranja silicij-karbida. Dopiranjem odgovarajuće količine B, B se tokom sinteriranja nalazi na međugraničnim granicama SiC-a i djelimično formira čvrstu otopinu sa SiC-om, čime se smanjuje energija međugraničnih granica SiC-a. Dodavanje umjerene količine slobodnog C-a je korisno za sinteriranje u čvrstoj fazi, jer je površina SiC-a obično oksidovana uz stvaranje male količine SiO, a dodavanje umjerene količine C-a pomaže da se SiO film na površini SiC-a reducira i ukloni, čime se povećava površinska energija. Međutim, sinteriranje u tečnoj fazi će imati negativan efekat, jer će C reagovati s oksidnim dodacima i stvarati gas, što dovodi do formiranja velikog broja otvora u keramičkom sinterovanom tijelu i utječe na proces zbijanja. Čistoća, sitnoća i fazni sastav sirovine su veoma važni u procesu sinterovanja karbida silicija. S. Proehazka je sinterovao karbid silicija sa gustoćom većom od 981 TP3T na 2020 °C pod atmosferskim pritiskom, istovremenim dodavanjem odgovarajućih količina B i C u ultrafini prah β-SiC (koji sadrži manje od 21 TP3T kisika). Međutim, sistem SiC-B-C pripada kategoriji sinteriranja u čvrstoj fazi, što zahtijeva visoku temperaturu sinteriranja, nisku čvrstoću pri lomu, a način loma je tipičan krozkristalni lom, krupne zrne i loša uniformnost. Fokus stranih istraživanja o SiC-u uglavnom je usmjeren na sinteriranje u tečnoj fazi, tj. na upotrebu određenog broja dodataka za sinteriranje pri nižoj temperaturi kako bi se postigla kompaktizacija SiC-a. Sinteriranje SiC-a u tečnoj fazi ne samo da smanjuje temperaturu sinteriranja u odnosu na sinteriranje u čvrstoj fazi, već i poboljšava mikrostrukturu, a time i svojstva sinterovanog tijela u poređenju sa sinterovanim tijelom u čvrstoj fazi.
M. Omori i sur. koristili su okside rijetkih zemnih metala pomiješane s AlO ili boridima za sinteriranje SiC-a do guste strukture. Suzuki je, s druge strane, sinterirao SiC samo s AlO kao dodatkom na oko 2000 °C. A. Mulla i sur. sinterovali su 0,5 μm β-SiC (sa malom količinom SiO na površini čestica) sa AlO i YO kao aditivima na 1850–1950 °C, i dobili relativnu gustoću SiC keramike veću od 95 % teorijske gustoće, a zrna su bila fina, prosječne veličine 1,5 μm.
Utvrđeno je da mikrostruktura keramike silicij-karbida ima krupne zrne i štapastu strukturu s dobrom čvrstoćom pri lomu. Štapasti zrne povećavaju čvrstoću pri lomu, dok smanjuju čvrstoću keramike silicij-karbida. Kako bi se postigla bolja čvrstoća i čvrstoća pri lomu uz nižu temperaturu sinteriranja, poduzeti su brojni pokušaji poboljšanja svojstava ove sinterirane keramike silicij-karbida prilagođavanjem sastava staklenog dijela pomoću različitih aditiva. Tokom procesa sinteriranja, uvođenje tečne faze na granici zrna i jedinstvena međufazna struktura doveli su do oslabljenja međufazne strukture, a lom materijala je prešao u potpuni mod loma duž kristala, što je rezultiralo značajnim povećanjem čvrstoće i duktilnosti materijala. Međutim, s obzirom na to da upotreba AlO dodatka stvara staklovitu fazu s niskom tačkom topljenja i visokom isparljivošću, koja će doživjeti snažno isparavanje na višim temperaturama, uzrokujući gubitak mase materijala i negativno utječući na njegovu zbijenost, udio mase AlO u dodatku treba odgovarajuće povećati.