Efectes dels additius sobre el carbur de silici sinteritzat

El carbur de silici sinteritzat sense pressió es considera el més prometedor, i amb el procés de sinterització sense pressió es poden obtenir formes complexes i grans mides de ceràmiques de carbur de silici. Segons el mecanisme de sinterització, aquest tipus de carbur de silici sinteritzat es pot dividir a més en sinterització en fase sòlida i sinterització en fase líquida. El β-SiC que conté traces de SiO es pot sintrar a pressió atmosfèrica afegint B i C. Aquest mètode millora significativament la cinètica de sinterització del carbur de silici. Dopat amb una quantitat adequada de B, aquest es troba a les fronteres de gra del SiC durant la sinterització i forma parcialment una solució sòlida amb el SiC, reduint així l'energia de la frontera de gra del SiC. La dopatge amb una quantitat moderada de C lliure és beneficiós per a la sinterització en fase sòlida perquè la superfície del SiC sol estar oxidada amb la generació d'una petita quantitat de SiO, i l'addició d'una quantitat moderada de C ajuda a reduir i eliminar la pel·lícula de SiO a la superfície del SiC, augmentant així l'energia superficial. No obstant això, la sinterització en fase líquida tindrà un efecte negatiu, perquè el C reaccionarà amb els additius òxids per generar gas, la qual cosa formarà un gran nombre d'obertures al cos ceràmic sinteritzat i afectarà el procés de densificació. La pureza, la finesa i la composició de fases de la matèria primera són molt importants en el procés de sinterització del carbur de silici. S. Proehazka va sinteritzar carbur de silici amb una densitat superior a 981 TP3T a 2020 °C sota pressió atmosfèrica afegint simultàniament quantitats adequades de B i C a pols ultrafinas de β-SiC (que contenen menys del 21 TP3T d'oxigen). No obstant això, el sistema SiC-B-C pertany a la categoria de sinterització de fase sòlida, que requereix una temperatura de sinterització elevada, i presenta una tenacitat de trencament baixa, un mode de trencament típic de fractura a través del cristall, grans gruixuts i una mala uniformitat. L'interès de la recerca estrangera sobre el SiC se centra principalment en el sinteritzat per fase líquida, és a dir, mitjançant una sèrie d'additius de sinteritzat a una temperatura més baixa per aconseguir la densificació del SiC. El sinteritzat per fase líquida del SiC no només redueix la temperatura de sinteritzat en comparació amb el sinteritzat per fase sòlida, sinó que també millora la microestructura i, per tant, les propietats del cos sinteritzat són millors en comparació amb les del cos sinteritzat per fase sòlida.
M. Omori et al. van utilitzar òxids de terres rares barrejats amb AlO o borits per sintrar densament el SiC. Suzuki, en canvi, va sintrar el SiC només amb AlO com a additiu a uns 2000 °C. A. Mulla et al. van sintrar β-SiC de 0,5 μm (amb una petita quantitat de SiO a la superfície de les partícules) amb AlO i YO com a additius a 1850–1950 °C, i van obtenir una densitat relativa de les ceràmiques de SiC superior al 95,1 % de la densitat teòrica, i els graons eren fins, amb una mida mitjana d'1,5 μm.
La microestructura de les ceràmiques de carbur de silici es va trobar que tenia grans gruixuts i una estructura en forma de bastó amb una bona tenacitat de trencament. Els grans en forma de bastó augmenten la tenacitat de trencament mentre disminueixen la resistència de les ceràmiques de carbur de silici. Per obtenir una millor resistència i tenacitat mentre es redueix la temperatura de sinterització, s'han fet molts intents per millorar les propietats d'aquest carbur de silici sinteritzat ajustant la composició de la fase vítria amb diferents additius. Durant el procés de sinterització, la introducció de fase líquida a la interfície de gra i l'estructura interfacial única van provocar l'afebliment de l'estructura interfacial i la fractura del material va canviar a un mode de fractura completa al llarg del cristall, la qual cosa va resultar en un augment significatiu de la resistència i la tenacitat del material. No obstant això, tenint en compte que l'ús de l'additiu AlO genera una fase vítria amb un punt de fusió baix i una alta volatilitat, que experimentarà una forta volatilització a temperatures més altes, provocant una pèrdua de pes del material i afectant negativament la densificació del material, la fracció massica d'AlO en l'additiu s'hauria d'augmentar adequadament.