Effect van additieven op gesinterd siliciumcarbide

Drukloos gesinterd siliciumcarbide wordt beschouwd als het meest veelbelovende gesinterde siliciumcarbide en complexe vormen en grote afmetingen van siliciumcarbide keramiek kunnen bereid worden door het drukloze sinterproces. Afhankelijk van het sintermechanisme kan dit soort gesinterd siliciumcarbide verder onderverdeeld worden in sinteren in de vaste fase en sinteren in de vloeibare fase. β-SiC met sporen van SiO kan gesinterd worden bij atmosferische druk door toevoeging van B en C. Deze methode verbetert de sinterkinetiek van siliciumcarbide aanzienlijk. Gedoteerd met een geschikte hoeveelheid B bevindt B zich tijdens het sinteren op de korrelgrenzen van SiC en vormt gedeeltelijk een vaste oplossing met SiC, waardoor de korrelgrenzenergie van SiC afneemt. De dotering van een gematigde hoeveelheid vrije C is gunstig voor sinteren in de vaste fase, omdat het SiC-oppervlak meestal geoxideerd is met een kleine hoeveelheid SiO-generatie, en de toevoeging van een gematigde hoeveelheid C helpt om de SiO-film op het SiC-oppervlak te reduceren en te verwijderen, waardoor de oppervlakte-energie toeneemt. Het sinteren in de vloeibare fase zal echter een negatief effect hebben, omdat C zal reageren met de oxide additieven om gas te genereren, de vorming van een groot aantal openingen in het keramische sinterlichaam, wat het verdichtingsproces beïnvloedt. De zuiverheid, fijnheid en fasesamenstelling van de grondstof zijn erg belangrijk in het sinterproces van siliciumcarbide.S.Proehazka sinterde gesinterd siliciumcarbide met een dichtheid hoger dan 98% bij 2020°C onder atmosferische druk door gelijktijdig geschikte hoeveelheden B en C toe te voegen aan ultrafijne β-SiC poeders (die minder dan 2% zuurstof bevatten). SiC-B-C systeem behoort echter tot de categorie van sinteren in vaste fase, wat een hoge sintertemperatuur vereist en een lage breuktaaiheid, breukwijze is een typische door-kristalbreuk, grove korrels en slechte uniformiteit. De focus van buitenlands onderzoek naar SiC is voornamelijk geconcentreerd in de vloeibare fase sinteren, dat wil zeggen, een bepaald aantal sinteradditieven, bij een lagere temperatuur om SiC verdichting te bereiken. Vloeibaar sinteren van SiC verlaagt niet alleen de sintertemperatuur ten opzichte van sinteren in de vaste fase, maar verbetert ook de microstructuur, waardoor de eigenschappen van het gesinterde lichaam beter zijn dan die van het gesinterde lichaam in de vaste fase.
M. Omori et al. gebruikten zeldzame aardoxiden gemengd met AlO of boriden om SiC dicht te sinteren. Suzuki, aan de andere kant, sinterde SiC met alleen AlO als additief bij ongeveer 2000°C. A. Mulla et al. sinterden 0,5 μm β-SiC (met een kleine hoeveelheid SiO aan het oppervlak van de deeltjes) met AlO en YO als additieven bij 1850-1950°C, en verkregen een relatieve dichtheid van SiC-keramiek die groter was dan 95% van de theoretische dichtheid, en de korrels waren fijn, met een gemiddelde grootte van 1,5 μ m.
De microstructuur van de siliciumcarbide keramiek bleek grove korrels en een staafvormige structuur te hebben met een goede breuktaaiheid. De staafvormige korrels verhogen de breuktaaiheid terwijl ze de sterkte van de siliciumcarbide keramiek verlagen. Om een betere sterkte en taaiheid te verkrijgen en tegelijkertijd de sintertemperatuur te verlagen, zijn er veel pogingen gedaan om de eigenschappen van dit gesinterde siliciumcarbide te verbeteren door de glasfasesamenstelling aan te passen met verschillende additieven. Tijdens het sinterproces leidde de introductie van vloeibare fase op de korrelgrens en de unieke interfaciale structuur tot verzwakking van de interfaciale structuur en veranderde de breuk van het materiaal in een volledige langs-kristalbreukmodus, wat resulteerde in een aanzienlijke toename van de sterkte en taaiheid van het materiaal. Echter, gezien het feit dat het gebruik van AlO additief een glasachtige fase genereert met een laag smeltpunt en hoge vluchtigheid, die sterke vervluchtiging ondergaat bij hogere temperaturen, wat gewichtsverlies van het materiaal veroorzaakt en de verdichting van het materiaal negatief beïnvloedt, moet de massafractie van AlO in het additief op de juiste manier worden verhoogd.