Efectul aditivilor asupra carburii de siliciu sinterizate

Carbura de siliciu sinterizată fără presiune este considerată a fi cea mai promițătoare carbură de siliciu sinterizată, iar formele complexe și dimensiunile mari ale ceramicii din carbură de siliciu pot fi preparate prin procesul de sinterizare fără presiune. În funcție de mecanismul de sinterizare, acest tip de carbură de siliciu sinterizată poate fi împărțit în sinterizare în fază solidă și sinterizare în fază lichidă. β-SiC care conține urme de SiO poate fi sinterizat la presiune atmosferică prin adăugarea de B și C. Această metodă îmbunătățește semnificativ cinetica de sinterizare a carburii de siliciu. Dopat cu o cantitate adecvată de B, B se află pe granițele granulelor de SiC în timpul sinterizării și formează parțial o soluție solidă cu SiC, reducând astfel energia granițelor granulelor de SiC. Doparea cu o cantitate moderată de C liber este benefică pentru sinterizarea în fază solidă, deoarece suprafața SiC este de obicei oxidată cu o cantitate mică de generare de SiO, iar adăugarea unei cantități moderate de C contribuie la reducerea și eliminarea peliculei de SiO de pe suprafața SiC, crescând astfel energia de suprafață. Cu toate acestea, sinterizarea în fază lichidă va avea un efect negativ, deoarece C va reacționa cu aditivii oxidici pentru a genera gaz, formarea unui număr mare de deschideri în corpul ceramic de sinterizare, afectând procesul de densificare. Puritatea, finețea și compoziția de fază a materiei prime sunt foarte importante în procesul de sinterizare a carburii de siliciu. S.Proehazka a sinterizat carbură de siliciu sinterizată cu o densitate mai mare de 98% la 2020°C sub presiune atmosferică prin adăugarea simultană a unor cantități adecvate de B și C la pulberi β-SiC ultrafine (care conțin mai puțin de 2% oxigen). Cu toate acestea, sistemul SiC-B-C face parte din categoria sinterizării în fază solidă, care necesită o temperatură de sinterizare ridicată și o rezistență scăzută la fractură, modul de fracturare fiind o fractură tipică prin cristale, granule grosiere și uniformitate slabă. Cercetarea străină privind SiC se concentrează în principal pe sinterizarea în fază lichidă, adică un anumit număr de aditivi de sinterizare, la o temperatură mai scăzută pentru a obține densificarea SiC. Sinterizarea în fază lichidă a SiC nu numai că reduce temperatura de sinterizare în raport cu sinterizarea în fază solidă, dar îmbunătățește și microstructura și, astfel, proprietățile corpului sinterizat sunt îmbunătățite în comparație cu cele ale corpului sinterizat în fază solidă.
M. Omori et al. au utilizat oxizi de pământuri rare amestecați cu AlO sau boruri pentru a sinteriza SiC dens. Suzuki, pe de altă parte, a sinterizat SiC numai cu AlO ca aditiv la aproximativ 2000°C. A. Mulla și colab. au sinterizat 0,5 μm β-SiC (cu o cantitate mică de SiO pe suprafața particulelor) cu AlO și YO ca aditivi la ,1850-1950°C și au obținut o densitate relativă a ceramicii SiC mai mare de 95% din densitatea teoretică, iar granulele erau fine, cu o dimensiune medie de 1,5 μm.
S-a constatat că microstructura ceramicii din carbură de siliciu are granule grosiere și o structură de tip tijă cu o bună rezistență la fractură. Boabele sub formă de tijă cresc rezistența la fractură, scăzând în același timp rezistența ceramicii din carbură de siliciu. Pentru a obține o rezistență și o tenacitate mai bune, reducând în același timp temperatura de sinterizare, s-au făcut multe încercări de îmbunătățire a proprietăților acestei carburi de siliciu sinterizate prin ajustarea compoziției fazei vitroase cu diferiți aditivi. În timpul procesului de sinterizare, introducerea fazei lichide la limita grăunților și structura interfacială unică au dus la slăbirea structurii interfaciale, iar fractura materialului s-a schimbat într-un mod de fractură complet de-a lungul cristalului, ceea ce a dus la o creștere semnificativă a rezistenței și tenacității materialului. Cu toate acestea, având în vedere că utilizarea aditivului AlO generează o fază sticloasă cu punct de topire scăzut și volatilitate ridicată, care va suferi o volatilizare puternică la temperaturi mai ridicate, cauzând pierderea în greutate a materialului și afectând în mod negativ densificarea materialului, fracția masică de AlO din aditiv trebuie crescută în mod corespunzător.