Efecto de los aditivos en el carburo de silicio sinterizado

El carburo de silicio sinterizado sin presión se considera el carburo de silicio sinterizado más prometedor, y pueden prepararse formas complejas y grandes tamaños de cerámica de carburo de silicio mediante el proceso de sinterización sin presión. Dependiendo del mecanismo de sinterización, este tipo de carburo de silicio sinterizado puede dividirse a su vez en sinterización en fase sólida y sinterización en fase líquida. El β-SiC que contiene trazas de SiO puede sinterizarse a presión atmosférica añadiendo B y C. Este método mejora significativamente la cinética de sinterización del carburo de silicio. Dopado con una cantidad adecuada de B, éste se encuentra en los límites de grano del SiC durante la sinterización y forma parcialmente una solución sólida con el SiC, reduciendo así la energía de los límites de grano del SiC. El dopaje de una cantidad moderada de C libre es beneficioso para la sinterización en fase sólida porque la superficie del SiC suele estar oxidada con una pequeña cantidad de generación de SiO, y la adición de una cantidad moderada de C ayuda a que la película de SiO en la superficie del SiC se reduzca y se elimine, aumentando así la energía superficial. Sin embargo, la sinterización en fase líquida tendrá un efecto negativo, porque el C reaccionará con los aditivos de óxido para generar gas, la formación de un gran número de aberturas en el cuerpo de sinterización de cerámica, afectando el proceso de densificación. La pureza, finura y composición de fases de la materia prima son muy importantes en el proceso de sinterización del carburo de silicio.S.Proehazka sinterizó carburo de silicio con una densidad superior a 98% a 2020°C bajo presión atmosférica añadiendo cantidades adecuadas de B y C simultáneamente a polvos ultrafinos de β-SiC (que contienen menos de 2% de oxígeno). Sin embargo, el sistema SiC-B-C pertenece a la categoría de sinterización en fase sólida, que requiere una alta temperatura de sinterización, y baja tenacidad a la fractura, el modo de fractura es una típica fractura a través del cristal, granos gruesos y poca uniformidad. La investigación extranjera sobre el SiC se centra principalmente en la sinterización en fase líquida, es decir, un cierto número de aditivos de sinterización, a una temperatura más baja para lograr la densificación del SiC. La sinterización en fase líquida del SiC no sólo reduce la temperatura de sinterización con respecto a la sinterización en fase sólida, sino que también mejora la microestructura, por lo que las propiedades del cuerpo sinterizado mejoran en comparación con las del cuerpo sinterizado en fase sólida.
M. Omori et al. utilizaron óxidos de tierras raras mezclados con AlO o boruros para sinterizar SiC densamente. Suzuki, por su parte, sinterizó SiC sólo con AlO como aditivo a unos 2000°C. A. Mulla et al. sinterizaron 0,5 μm β-SiC (con una pequeña cantidad de SiO en la superficie de las partículas) con AlO y YO como aditivos a ,1850-1950°C, y obtuvieron una densidad relativa de cerámica de SiC superior a 95% de la densidad teórica, y los granos eran finos, con un tamaño medio de 1,5 μ m.
Se observó que la microestructura de las cerámicas de carburo de silicio presentaba granos gruesos y una estructura en forma de barra con una buena resistencia a la fractura. Los granos en forma de barra aumentan la tenacidad a la fractura y disminuyen la resistencia de las cerámicas de carburo de silicio. Con el fin de obtener una mayor resistencia y tenacidad a la vez que se reduce la temperatura de sinterización, se han realizado muchos intentos para mejorar las propiedades de este carburo de silicio sinterizado ajustando la composición de la fase vítrea con diferentes aditivos. Durante el proceso de sinterización, la introducción de fase líquida en el límite de grano y la estructura interfacial única provocaron el debilitamiento de la estructura interfacial y la fractura del material cambió a un modo de fractura completo a lo largo del cristal, lo que dio lugar a un aumento significativo de la resistencia y la tenacidad del material. Sin embargo, teniendo en cuenta que el uso de aditivo AlO genera una fase vítrea con bajo punto de fusión y alta volatilidad, que sufrirá una fuerte volatilización a temperaturas más altas, causando la pérdida de peso del material y afectando negativamente a la densificación del material, la fracción de masa de AlO en el aditivo debe aumentarse adecuadamente.