Efeito dos aditivos no carbeto de silício sinterizado

O carbeto de silício sinterizado sem pressão é considerado o carbeto de silício sinterizado mais promissor, e formas complexas e tamanhos grandes de cerâmica de carbeto de silício podem ser preparados pelo processo de sinterização sem pressão. Dependendo do mecanismo de sinterização, esse tipo de carbeto de silício sinterizado pode ser dividido em sinterização em fase sólida e sinterização em fase líquida. O β-SiC contendo traços de SiO pode ser sinterizado à pressão atmosférica com a adição de B e C. Esse método melhora significativamente a cinética de sinterização do carbeto de silício. Dopado com uma quantidade adequada de B, o B está nos limites dos grãos de SiC durante a sinterização e forma parcialmente uma solução sólida com o SiC, reduzindo, assim, a energia dos limites dos grãos de SiC. A dopagem de uma quantidade moderada de C livre é benéfica para a sinterização em fase sólida porque a superfície do SiC é normalmente oxidada com uma pequena quantidade de geração de SiO, e a adição de uma quantidade moderada de C ajuda a reduzir e remover o filme de SiO na superfície do SiC, aumentando assim a energia da superfície. No entanto, a sinterização em fase líquida terá um efeito negativo, porque o C reagirá com os aditivos de óxido para gerar gás, a formação de um grande número de aberturas no corpo de sinterização da cerâmica, afetando o processo de densificação. A pureza, a finura e a composição de fase da matéria-prima são muito importantes no processo de sinterização do carbeto de silício. A S.Proehazka sinterizou o carbeto de silício sinterizado com uma densidade superior a 98% a 2020°C sob pressão atmosférica, adicionando quantidades adequadas de B e C simultaneamente a pós ultrafinos de β-SiC (contendo menos de 2% de oxigênio). No entanto, o sistema SiC-B-C pertence à categoria de sinterização em fase sólida, que requer uma alta temperatura de sinterização e baixa resistência à fratura; o modo de fratura é uma típica fratura através do cristal, grãos grossos e baixa uniformidade. O foco das pesquisas estrangeiras sobre SiC está concentrado principalmente na sinterização em fase líquida, ou seja, um certo número de aditivos de sinterização, em uma temperatura mais baixa para obter a densificação do SiC. A sinterização em fase líquida do SiC não apenas reduz a temperatura de sinterização em relação à sinterização em fase sólida, mas também melhora a microestrutura e, portanto, as propriedades do corpo sinterizado são aprimoradas em comparação com as do corpo sinterizado em fase sólida.
M. Omori et al. usaram óxidos de terras raras misturados com AlO ou boretos para sinterizar densamente o SiC. Suzuki, por outro lado, sinterizou SiC com apenas AlO como aditivo a cerca de 2.000°C. A. Mulla et al. sinterizaram 0,5 μm de β-SiC (com uma pequena quantidade de SiO na superfície das partículas) com AlO e YO como aditivos a 1850-1950°C, e obtiveram uma densidade relativa de cerâmica de SiC superior a 95% da densidade teórica, e os grãos eram finos, com um tamanho médio de 1,5 μ m.
Verificou-se que a microestrutura da cerâmica de carbeto de silício tem grãos grossos e uma estrutura em forma de bastão com boa resistência à fratura. Os grãos em forma de bastão aumentam a resistência à fratura e diminuem a resistência da cerâmica de carbeto de silício. Para obter melhor resistência e tenacidade e, ao mesmo tempo, reduzir a temperatura de sinterização, foram feitas muitas tentativas para melhorar as propriedades desse carbeto de silício sinterizado ajustando a composição da fase vítrea com diferentes aditivos. Durante o processo de sinterização, a introdução da fase líquida no limite do grão e a estrutura interfacial exclusiva levaram ao enfraquecimento da estrutura interfacial e a fratura do material mudou para um modo de fratura completa ao longo do cristal, o que resultou em um aumento significativo da resistência e da tenacidade do material. No entanto, considerando que o uso do aditivo AlO gera uma fase vítrea com baixo ponto de fusão e alta volatilidade, que sofrerá forte volatilização em temperaturas mais altas, causando perda de peso do material e afetando negativamente a densificação do material, a fração de massa de AlO no aditivo deve ser aumentada adequadamente.