Sintered Silicon Carbide, Silicon Carbide, Silicon Carbide Ceramics

無加圧焼結炭化ケイ素は最も有望な焼結炭化ケイ素と考えられており、無加圧焼結プロセスによって複雑な形状や大きなサイズの炭化ケイ素セラミックスを作製することができる。この種の炭化ケイ素焼結体は、焼結メカニズムによって固相焼結と液相焼結に分けられる。微量のSiOを含むβ-SiCは、BとCを添加することにより大気圧で焼結することができる。適量のBをドープすると、Bは焼結中にSiCの粒界に存在し、部分的にSiCと固溶体を形成するため、SiCの粒界エネルギーが減少する。適度な量の遊離Cのドーピングは、固相焼結に有益である。SiC表面は通常、少量のSiO生成で酸化されており、適度な量のCの添加は、SiC表面のSiO膜を還元除去させ、表面エネルギーを増大させるのに役立つからである。しかし、液相焼結では、Cが酸化物添加剤と反応してガスを発生させ、セラミック焼結体に多数の開口部が形成され、緻密化プロセスに影響を与えるため、マイナスの効果が生じる。S.Proehazkaは、超微細β-SiC粉末（酸素含有量2%未満）に適量のBとCを同時に添加することにより、大気圧下、2020℃で98%以上の密度を有する炭化ケイ素焼結体を焼結した。しかし、SiC-B-C系は固相焼結の範疇に属し、高い焼結温度を必要とし、破壊靭性が低く、破壊モードは典型的な結晶貫通破壊であり、結晶粒は粗く、均一性に乏しい。SiCに関する海外の研究の焦点は、主に液相焼結、すなわち、SiCの緻密化を達成するために低温で、一定数の焼結添加剤に集中している。SiCの液相焼結は、固相焼結に比べて焼結温度を下げるだけでなく、組織も改善するため、焼結体の特性は固相焼結体に比べて向上する。.
M.大森らは、AlOやホウ化物と混合した希土類酸化物を用いてSiCを高密度に焼結した。一方、鈴木はAlOのみを添加したSiCを約2000℃で焼結した。A. Mullaらは、AlOとYOを添加剤として0.5μmのβ-SiC（粒子表面に少量のSiOを含む）を1850〜1950℃で焼結し、理論密度の95%を超える相対密度のSiCセラミックスを得た。.
炭化ケイ素セラミックスの微細構造は、粗大な結晶粒と良好な破壊靭性を持つ棒状構造を持つことがわかった。棒状結晶粒は、炭化ケイ素セラミックスの強度を低下させる一方で、破壊靭性を向上させる。焼結温度を下げながら、より優れた強度と靭性を得るために、さまざまな添加剤を用いてガラス相組成を調整することにより、この炭化ケイ素焼結体の特性を改善する試みが数多くなされてきた。焼結過程において、粒界に液相が導入され、独特の界面構造が形成されると、界面構造が弱くなり、材料の破壊が完全な沿面結晶破壊モードに変化し、その結果、材料の強度と靭性が大幅に向上した。しかし、AlO添加剤の使用は、融点が低く揮発性の高いガラス状相を生成し、高温で強い揮発を起こし、材料の重量損失を引き起こし、材料の緻密化に悪影響を及ぼすことを考慮すると、添加剤中のAlOの質量分率を適切に増加させる必要がある。.

炭化ケイ素焼結体に及ぼす添加剤の影響