Sinteranje karbida silicija u čvrstoj fazi na atmosferskom tlaku

         Sinteranje keramike silicijevog karbida koja sadrži elemente C i B4C kao pomoćna sredstva za sinteriranje je sinteriranje u čvrstoj fazi, a proces sinteriranja uglavnom se kontrolira difuzijskim mehanizmom, s optimalnom temperaturom sinteriranja od 2150 °C. Proces sinteriranja je jednostavan i lako ga je kontrolirati. Dodavanjem odgovarajuće količine aditiva C + B4C proces sinteriranja keramičkog karbida silicija je jednostavan i lako kontroliran. U usporedbi s poluproizvodom, keramičko sinteriranje ima otprilike 30 % volumetrijskog skupljanja, čime se može dobiti viša gustoća i mehanička svojstva specijalne keramike od karbida silicija. Trenutno se najčešće koriste aditivi za sinteriranje B4C + C, BN + C, BP (borov fosfid) + C, AI + C, AIN + C i tako dalje. Dodavanje odgovarajuće količine C + B4C u proces bezopresijskog sinteriranja SiC-a, proces za ovu vrstu sinteriranog SiC-a je jednostavan, lagan za kontrolu, gustoća materijala je viša, maksimalna gustoća je 3,169/cm3 (relativna gustoća od 98,75%); mehanička svojstva su bolja, maksimalna čvrstoća na kompresiju je 550MPa.
         Sirovi materijal od silicijevog karbida poželjno je jednostruki mikroprah s D50 vrijednošću od 0,5 – 0,8 mikrona. Obično se radi o kemijski tretiranim zelenim silicijevim karbidnim mikronima s specifičnom površinom od 20 m3/g. Sadržaj kisika treba biti što niži; nadalje, količina dodanog B-a treba biti odabrana da bude oko 0,5% – 1,5%, dok količina dodanog C-a ovisi o razini sadržaja kisika u SiC prahu. Kemijski sastav: SiC > 99%, F-C < 0,1, Si + SiO2 < 0,1, Fe2O3 < 0,08. Sastav oblika i veličine čestica: oblik čestica je gotovo sferičan kako bi se postiglo najkompaktnije slaganje.
        Dodavanje B4C i C spada u kategoriju sinteriranja u čvrstoj fazi, što zahtijeva više temperature sinteriranja. Pokretačka snaga sinteriranja SiC-a je razlika između površinske energije čestica praha (Eb) i energije valovite površine zrnaca polikristalnog sinteriranog tijela (Es), što dovodi do smanjenja slobodne energije sustava. Dopiranjem odgovarajuće količine B4C, B4C se tijekom sinteriranja nalazi na granici zrna SiC-a, djelomično tvoreći čvrstu otopinu sa SiC-om, čime se smanjuje kapacitet granice zrna SiC-a. Dodavanje umjerene količine slobodnog C-a korisno je za sinteranje u čvrstoj fazi jer je površina SiC-a obično oksidirana, što dovodi do stvaranja male količine SiO2, a dodavanje umjerene količine C-a pomaže u uklanjanju redukcije SiO2 filma na površini SiC-a, čime se povećava površinska energija Eb.
         Sustav SiC se razlaže i sublimira pri tlaku od 1,013×10^5 Pa i temperaturi višoj od 1880 °C. Sustav SiC sadrži plinske faze kao što su Si, Si2, Si3, C, C2, C3, C4, C5, SiC, Si2C, SiC2 i tako dalje, a razlika u temperaturi je temeljni pokretač procesa sublimacije tijekom rasta SiC kristala, a cijelim procesom dominira transport mase. Te različite plinske faze u SiC sustavu koalesciraju na majčinskom kristalu SiC difuzijom, što dovodi do rasta SiC kristalnih čestica. Za uzorke sustava pomoćnih sredstava za sinteriranje C+B4C, potrebna temperatura sinteriranja je viša zbog pretežno sinteriranja u čvrstoj fazi, a argon se dovodi kao zaštitna atmosfera na oko 1300 °C, jer je argon povoljan za smanjenje razgradnje SiC-a na visokim temperaturama iznad 1300 °C. Mjerenje kvalitete sinteriranog SiC tijela ima dva nužna uvjeta: niska poroznost, odnosno što veća gustoća; i što je moguće manja zrnatost.