Vplyv prísad na spekaný karbid kremíka

Beztlakové spekanie karbidu kremíka sa považuje za najsľubnejší spekaný karbid kremíka a beztlakovým spekaním možno pripraviť zložité tvary a veľké rozmery keramiky z karbidu kremíka. V závislosti od mechanizmu spekania možno tento druh spekaného karbidu kremíka ďalej rozdeliť na spekanie v pevnej fáze a spekanie v kvapalnej fáze. β-SiC obsahujúci stopové množstvá SiO sa môže spiecť pri atmosférickom tlaku pridaním B a C. Táto metóda výrazne zlepšuje kinetiku spekania karbidu kremíka. Po pridaní vhodného množstva B sa B počas spekania nachádza na hraniciach zŕn SiC a čiastočne tvorí pevný roztok s SiC, čím sa znižuje energia na hraniciach zŕn SiC. Dopovanie mierneho množstva voľného C je výhodné pre spekanie v pevnej fáze, pretože povrch SiC je zvyčajne oxidovaný s malým množstvom tvorby SiO a prídavok mierneho množstva C pomáha, aby sa film SiO na povrchu SiC zredukoval a odstránil, čím sa zvyšuje povrchová energia. Spekanie v kvapalnej fáze však bude mať negatívny účinok, pretože C bude reagovať s oxidovými prísadami za vzniku plynu, vzniku veľkého počtu otvorov v keramickom spekanom telese, čo ovplyvní proces zhutňovania. Čistota, jemnosť a fázové zloženie suroviny sú veľmi dôležité v procese spekania karbidu kremíka. s. Proehazka spekal spekaný karbid kremíka s hustotou vyššou ako 98% pri teplote 2020 °C za atmosférického tlaku súčasným pridaním vhodných množstiev B a C do ultrajemných práškov β-SiC (obsahujúcich menej ako 2% kyslíka). Systém SiC-B-C však patrí do kategórie spekania v pevnej fáze, ktoré si vyžaduje vysokú teplotu spekania a nízku lomovú húževnatosť, lomový režim je typický lom cez kryštál, hrubé zrná a slabá rovnomernosť. Zahraničný výskum SiC sa sústreďuje najmä na spekanie v kvapalnej fáze, t. j. určitý počet spekacích prísad, pri nižšej teplote, aby sa dosiahlo zhutnenie SiC. Spekanie SiC v kvapalnej fáze nielen znižuje teplotu spekania v porovnaní so spekaním v pevnej fáze, ale zlepšuje aj mikroštruktúru, a tým sa zlepšujú vlastnosti spekaného telesa v porovnaní s vlastnosťami spekaného telesa v pevnej fáze.
M. Omori a kol. použili na husté spekanie SiC oxidy vzácnych zemín v zmesi s AlO alebo boridmi. Na druhej strane Suzuki spekal SiC len s AlO ako prísadou pri teplote približne 2 000 °C. A. Mulla a kol. spekali 0,5 μm β-SiC (s malým množstvom SiO na povrchu častíc) s AlO a YO ako prísadami pri ,1850-1950 °C a získali relatívnu hustotu keramiky SiC, ktorá bola väčšia ako 95% teoretickej hustoty, a zrná boli jemné, s priemernou veľkosťou 1,5 μm.
Zistilo sa, že mikroštruktúra keramiky z karbidu kremíka má hrubé zrná a tyčinkovitú štruktúru s dobrou lomovou húževnatosťou. Tyčinkovité zrná zvyšujú lomovú húževnatosť a zároveň znižujú pevnosť keramiky z karbidu kremíka. S cieľom dosiahnuť lepšiu pevnosť a húževnatosť pri súčasnom znížení teploty spekania sa uskutočnilo mnoho pokusov o zlepšenie vlastností tohto spekaného karbidu kremíka úpravou zloženia sklenej fázy pomocou rôznych prísad. Počas procesu spekania viedlo zavedenie kvapalnej fázy na hranici zŕn a jedinečná medzifázová štruktúra k oslabeniu medzifázovej štruktúry a lom materiálu sa zmenil na úplný pozdĺžny lom, čo viedlo k výraznému zvýšeniu pevnosti a húževnatosti materiálu. Avšak vzhľadom na to, že pri použití prísady AlO vzniká sklovitá fáza s nízkym bodom topenia a vysokou prchavosťou, ktorá pri vyšších teplotách podlieha silnému vyparovaniu, čo spôsobuje úbytok hmotnosti materiálu a nepriaznivo ovplyvňuje zhutnenie materiálu, hmotnostný podiel AlO v prísade by sa mal primerane zvýšiť.