소결 탄화 규소에 대한 첨가제의 영향

무압 소결 실리콘 카바이드는 가장 유망한 소결 실리콘 카바이드로 간주되며, 무압 소결 공정으로 복잡한 모양과 큰 크기의 실리콘 카바이드 세라믹을 제조할 수 있습니다. 소결 메커니즘에 따라 이러한 종류의 소결 실리콘 카바이드는 고상 소결 및 액상 소결로 더 나눌 수 있습니다. 미량의 SiO를 함유한 β-SiC는 B와 C를 첨가하여 대기압에서 소결할 수 있으며, 이 방법은 탄화규소의 소결 동역학을 크게 향상시킵니다. 적절한 양의 B를 도핑하면 소결 중에 B가 SiC 입자 경계에 위치하여 부분적으로 SiC와 고용체를 형성하여 SiC의 입자 경계 에너지를 감소시킵니다. 적당량의 유리 C의 도핑은 SiC 표면이 일반적으로 소량의 SiO 생성으로 산화되기 때문에 고상 소결에 유리하며, 적당량의 C를 첨가하면 SiC 표면의 SiO 필름이 환원 및 제거되어 표면 에너지를 증가시키는 데 도움이됩니다. 그러나 액상 소결은 C가 산화물 첨가제와 반응하여 가스를 생성하고 세라믹 소결체에 많은 수의 개구부를 형성하여 치밀화 공정에 영향을 미치기 때문에 부정적인 영향을 미칩니다. 실리콘 카바이드의 소결 공정에서 원료의 순도, 미세도 및 상 조성은 매우 중요하며, S.Proehazka는 초미세 β-SiC 분말(2% 미만의 산소 함유)에 적정량의 B와 C를 동시에 첨가하여 대기압 하에서 981°C에서 2020TP3T보다 높은 밀도로 소결된 실리콘 카바이드를 소결했습니다. 그러나 SiC-B-C 시스템은 높은 소결 온도와 낮은 파괴 인성이 필요한 고상 소결 범주에 속하며, 파괴 모드는 전형적인 관통 결정 파괴, 거친 입자 및 열악한 균일 성입니다. SiC에 대한 외국 연구의 초점은 주로 액상 소결, 즉 특정 수의 소결 첨가제를 저온에서 소결하여 SiC 치밀화를 달성하는 데 집중되어 있습니다. SiC의 액상 소결은 고상 소결에 비해 소결 온도를 낮출뿐만 아니라 미세 구조를 개선하여 소결체의 특성이 고상 소결체에 비해 향상됩니다.
M. 오모리 등은 희토류 산화물과 AlO 또는 붕화물을 혼합하여 SiC를 고밀도로 소결했습니다. 반면에 스즈키는 약 2000°C에서 AlO만을 첨가제로 사용하여 SiC를 소결했습니다. A. Mulla 등은 0.5μm β-SiC(입자 표면에 소량의 SiO가 함유된)를 AlO와 YO를 첨가제로 사용하여 1850-1950°C에서 소결하여 이론 밀도 95%보다 큰 SiC 세라믹의 상대 밀도를 얻었고 입자는 평균 크기가 1.5μm로 미세했습니다.
실리콘 카바이드 세라믹의 미세 구조는 입자가 거칠고 파단 인성이 좋은 막대 모양의 구조를 가지고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 막대 모양의 입자는 탄화규소 세라믹의 강도를 감소시키면서 파괴 인성을 증가시킵니다. 소결 온도를 낮추면서 더 나은 강도와 인성을 얻기 위해 다양한 첨가제로 유리상 조성을 조절하여 소결된 탄화규소의 특성을 개선하려는 시도가 많이 이루어지고 있습니다. 소결 과정에서 입자 경계에 액상이 도입되고 독특한 계면 구조로 인해 계면 구조가 약화되고 재료의 파단이 완전한 결정 파단 모드로 변경되어 재료의 강도와 인성이 크게 증가했습니다. 그러나 AlO 첨가제를 사용하면 녹는점이 낮고 휘발성이 높은 유리상을 생성하여 고온에서 강한 휘발을 일으켜 재료의 무게 감소를 유발하고 재료의 치밀화에 악영향을 미치므로 첨가제에서 AlO의 질량 분율을 적절히 증가시켜야합니다.