Az adalékanyagok hatása a szinterezett szilíciumkarbidra

A nyomás nélkül szinterezett szilíciumkarbidot tekintik a legígéretesebb szinterezett szilíciumkarbidnak, és a nyomás nélküli szinterezési eljárással komplex formájú és nagy méretű szilíciumkarbid kerámiák állíthatók elő. A szinterelési mechanizmustól függően ez a fajta szinterezett szilíciumkarbid tovább osztható szilárd fázisú szinterezésre és folyadékfázisú szinterezésre. A nyomokban SiO-t tartalmazó β-SiC szinterezhető atmoszférikus nyomáson B és C hozzáadásával. Ez a módszer jelentősen javítja a szilíciumkarbid szinterezési kinetikáját. Megfelelő mennyiségű B-vel dópolva a B a szinterezés során a SiC szemcsehatárain van, és részben szilárd oldatot képez a SiC-vel, így csökkenti a SiC szemcsehatár-energiáját. A mérsékelt mennyiségű szabad C adalékolása előnyös a szilárd fázisú szinterezéshez, mivel a SiC felülete általában kis mennyiségű SiO-generációval oxidálódik, és a mérsékelt mennyiségű C hozzáadása segít a SiC felületén lévő SiO-film redukciójában és eltávolításában, így növelve a felületi energiát. A folyékony fázisú szinterezés azonban negatív hatással jár, mert a C reagál az oxid adalékanyagokkal, hogy gázt hozzon létre, nagyszámú nyílás kialakulását a kerámia szinterelő testben, ami befolyásolja a sűrítési folyamatot. A nyersanyag tisztasága, finomsága és fázisösszetétele nagyon fontos a szilíciumkarbid szinterelési folyamatában. 2020°C-on, atmoszférikus nyomáson S. Proehazka 98%-nél nagyobb sűrűségű szilíciumkarbidot szinterezett 2020°C-on, megfelelő mennyiségű B és C egyidejű hozzáadásával az ultrafinom β-SiC porokhoz (amelyek kevesebb mint 2% oxigént tartalmaznak). A SiC-B-C rendszer azonban a szilárd fázisú szinterezés kategóriájába tartozik, amely magas szinterelési hőmérsékletet és alacsony törési szívósságot igényel, a törési mód egy tipikus átkristályos törés, durva szemcsék és gyenge egyenletesség. A SiC-vel kapcsolatos külföldi kutatások középpontjában elsősorban a folyékony fázisú szinterezés áll, azaz bizonyos számú szinterelési adalékanyag, alacsonyabb hőmérsékleten a SiC sűrítés elérése érdekében. A SiC folyadékfázisú szinterezése nemcsak a szilárd fázisú szinterezéshez képest csökkenti a szinterelési hőmérsékletet, hanem javítja a mikroszerkezetet is, és így a szinterezett test tulajdonságai javulnak a szilárd fázisú szinterezett test tulajdonságaihoz képest.
M. Omori és társai ritkaföldfém-oxidokat használtak AlO-val vagy boridokkal keverve SiC sűrű szinterezéséhez. Suzuki ezzel szemben csak AlO-val, mint adalékanyaggal szinterezte a SiC-t körülbelül 2000 °C-on. A. Mulla et al. 0,5 μm-es β-SiC-et (kis mennyiségű SiO-val a részecskék felületén) AlO és YO adalékanyagokkal szinterezett ,1850-1950°C-on, és olyan relatív sűrűséget kapott a SiC-kerámiából, amely nagyobb volt, mint az elméleti sűrűség 95%-je, és a szemcsék finom, átlagosan 1,5 μ m-es méretűek voltak.
A szilíciumkarbid-kerámia mikroszerkezete durva szemcsékkel és pálcaszerű szerkezettel rendelkezett, jó törési szívóssággal. A rúdszerű szemcsék növelik a törési szívósságot, miközben csökkentik a szilíciumkarbid kerámia szilárdságát. Annak érdekében, hogy a szinterelési hőmérséklet csökkentése mellett jobb szilárdságot és szívósságot érjenek el, számos kísérletet tettek e szinterezett szilíciumkarbid tulajdonságainak javítására az üvegfázis összetételének különböző adalékanyagokkal történő beállításával. A szinterelési folyamat során a folyékony fázis bevezetése a szemcsehatáron és az egyedi határfelületi szerkezet a határfelületi szerkezet gyengüléséhez vezetett, és az anyag törése teljes kristály mentén történő törésmódra változott, ami az anyag szilárdságának és szívósságának jelentős növekedését eredményezte. Tekintettel azonban arra, hogy az AlO adalékanyag használata alacsony olvadáspontú és nagy illékonyságú üveges fázist hoz létre, amely magasabb hőmérsékleten erős elpárolgásnak megy keresztül, ami az anyag tömegveszteségét okozza és hátrányosan befolyásolja az anyag sűrűsödését, az AlO tömeghányadát az adalékanyagban megfelelően növelni kell.