Učinak aditiva na sinterirani silicijev karbid

Sinterirani silicijev karbid bez tlaka smatra se najperspektivnijim sinteriranim silicijevim karbidom, a procesom sinteriranja bez tlaka mogu se pripremiti složeni oblici i velike dimenzije keramike od silicijevog karbida. Ovisno o mehanizmu sinteriranja, ova se vrsta sinteriranog silicijevog karbida može dalje podijeliti na sinteriranje u čvrstoj fazi i sinteriranje u tekućoj fazi. β-SiC koji sadrži tragove SiO može se sinterirati na atmosferskom tlaku dodavanjem B i C. Ova metoda značajno poboljšava kinetiku sinteriranja silicijevog karbida. Dopiranjem odgovarajuće količine B-a, B se tijekom sinteriranja nalazi na međugraničnim granicama SiC-a i djelomično tvori kruto otopinu sa SiC-om, čime se smanjuje energija međugraničnih granica SiC-a. Dodavanje umjerene količine slobodnog C-a korisno je za sinteriranje u čvrstoj fazi jer je površina SiC-a obično oksidirana s nastankom male količine SiO, a dodavanje umjerene količine C-a pomaže u redukciji i uklanjanju SiO filma s površine SiC-a, čime se povećava površinska energija. Međutim, sinteranje u tekućoj fazi imat će negativan učinak, jer će C reagirati s oksidnim aditivima i stvarati plin, što dovodi do stvaranja velikog broja otvora u keramičkom tijelu i utječe na proces zbijanja. Čistoća, sitnoća i fazni sastav sirovine vrlo su važni u procesu sinteriranja karbida silicija. S. Proehazka sinterirao je karbid silicija s gustoćom višom od 981 TP3T na 2020 °C pod atmosferskim tlakom dodavanjem odgovarajućih količina B i C istovremeno u ultrasitne prahove β-SiC-a (koji sadrže manje od 21 TP3T kisika). Međutim, sustav SiC-B-C pripada kategoriji sinteriranja u čvrstoj fazi, što zahtijeva visoku temperaturu sinteriranja, a nisku čvrstoću loma, pri čemu je način loma tipičan krozkristalni lom, s krupnim zrnima i lošom ujednačenošću. Strani istraživački radovi na SiC-u uglavnom su usmjereni na sinteriranje u tekućoj fazi, tj. na upotrebu određenog broja dodataka za sinteriranje pri nižoj temperaturi kako bi se postigla kompaktizacija SiC-a. Sinteriranje SiC-a u tekućoj fazi ne samo da smanjuje temperaturu sinteriranja u usporedbi sa sinteriranjem u čvrstoj fazi, već i poboljšava mikrostrukturu, a time i svojstva sinteriranog tijela u usporedbi sa sinteriranim tijelom u čvrstoj fazi.
M. Omori i sur. koristili su okside rijetkih zemnih metala pomiješane s AlO ili boridima za sinteriranje SiC-a u gusto stanje. Suzuki je, s druge strane, sinterirao SiC samo s AlO kao dodatkom na oko 2000 °C. A. Mulla i sur. sinterirali su 0,5 μm β-SiC (s malom količinom SiO na površini čestica) s AlO i YO kao aditivima na 1850–1950 °C te su dobili relativnu gustoću SiC keramike veću od 95 % teoretske gustoće, a zrnca su bila fina, prosječne veličine 1,5 μm.
Utvrđeno je da mikrostruktura keramike silicijevog karbida ima krupne zrne i štapastu strukturu s dobrom čvrstoćom loma. Štapasti zrni povećavaju čvrstoću loma, dok smanjuju čvrstoću keramike silicijevog karbida. Kako bi se postigla veća čvrstoća i čvrstoća loma uz nižu temperaturu sinteriranja, poduzeti su brojni pokušaji poboljšanja svojstava ove sinterirane keramike silicijevog karbida prilagodbom sastava staklenog dijela pomoću različitih aditiva. Tijekom procesa sinteriranja, uvođenje tekuće faze na granici zrna i jedinstvena međufazna struktura doveli su do oslabljenja međufazne strukture, a lom materijala prešao je u potpuni mod loma duž kristala, što je rezultiralo značajnim povećanjem čvrstoće i žilavosti materijala. Međutim, s obzirom na to da uporaba dodatka AlO stvara staklovitu fazu s niskom temperaturom topljenja i visokom isparljivošću, koja će pri višim temperaturama doživjeti snažno isparavanje, uzrokujući gubitak mase materijala i negativno utječući na njegovu zbijenost, udio mase AlO u dodatku treba primjereno povećati.