Влияние добавок на спеченный карбид кремния

Спеченный без давления карбид кремния считается наиболее перспективным спеченным карбидом кремния, и с помощью процесса спекания без давления можно получить керамику сложной формы и больших размеров. В зависимости от механизма спекания, этот вид спеченного карбида кремния можно разделить на твердофазный и жидкофазный. β-SiC, содержащий следовые количества SiO, может быть спечен при атмосферном давлении путем добавления B и C. Этот метод значительно улучшает кинетику спекания карбида кремния. Допированный соответствующим количеством B, B находится на границах зерен SiC во время спекания и частично образует твердый раствор с SiC, тем самым уменьшая энергию границ зерен SiC. Легирование умеренным количеством свободного C полезно для твердофазного спекания, поскольку поверхность SiC обычно окислена небольшим количеством SiO, а добавление умеренного количества C помогает уменьшить и удалить пленку SiO на поверхности SiC, тем самым увеличивая поверхностную энергию. Однако жидкофазное спекание будет иметь негативный эффект, так как C будет реагировать с оксидными добавками с образованием газа, образованием большого количества отверстий в керамическом спекаемом теле, влияя на процесс уплотнения. Чистота, тонкость и фазовый состав исходного материала очень важны в процессе спекания карбида кремния.С.Проехазка спекает карбид кремния с плотностью более 98% при 2020°C при атмосферном давлении, добавляя соответствующие количества B и C одновременно к ультратонким порошкам β-SiC (содержащим менее 2% кислорода). Однако система SiC-B-C относится к категории твердофазного спекания, требующего высокой температуры спекания, низкой вязкости разрушения, режима разрушения - типичного сквозного кристаллического разрушения, крупнозернистости и плохой однородности. Зарубежные исследования SiC в основном сосредоточены на жидкофазном спекании, то есть на определенном количестве спекающих добавок, при более низкой температуре для достижения плотности SiC. Жидкофазное спекание SiC не только снижает температуру спекания по сравнению с твердофазным спеканием, но и улучшает микроструктуру, и таким образом свойства спеченного тела улучшаются по сравнению со свойствами твердофазного спеченного тела.
M. Омори и др. использовали оксиды редкоземельных металлов в смеси с AlO или боридами для плотного спекания SiC. Судзуки, с другой стороны, спекал SiC только с AlO в качестве добавки при температуре около 2000°C. А. Мулла и др. спекали 0,5 мкм β-SiC (с небольшим количеством SiO на поверхности частиц) с AlO и YO в качестве добавок при 1850-1950°C и получили относительную плотность керамики SiC, которая превышала 95% от теоретической плотности, а зерна были мелкими, со средним размером 1,5 мкм.
Было установлено, что микроструктура керамики из карбида кремния имеет крупные зерна и стержнеподобную структуру с хорошей вязкостью разрушения. Стержнеподобные зерна повышают вязкость разрушения, но при этом снижают прочность карбидокремниевой керамики. Для того чтобы получить лучшую прочность и вязкость при снижении температуры спекания, было предпринято множество попыток улучшить свойства спеченного карбида кремния путем изменения состава стеклофазы с помощью различных добавок. В процессе спекания внедрение жидкой фазы на границе зерен и уникальная межфазная структура привели к ослаблению межфазной структуры и переходу разрушения материала в режим полного вдолькристаллического разрушения, что привело к значительному увеличению прочности и вязкости материала. Однако, учитывая, что при использовании добавки AlO образуется стеклообразная фаза с низкой температурой плавления и высокой летучестью, которая будет сильно улетучиваться при высоких температурах, вызывая потерю массы материала и негативно влияя на его плотность, массовую долю AlO в добавке следует соответствующим образом увеличить.