Вплив добавок на спечений карбід кремнію

Найбільш перспективним видом карбіду кремнію, що спікається без тиску, вважається карбід кремнію, що спікається, а складні форми та великі розміри кераміки з карбіду кремнію можуть бути виготовлені за допомогою процесу спікання без тиску. Залежно від механізму спікання, цей вид спеченого карбіду кремнію можна додатково розділити на спікання в твердій фазі та спікання в рідкій фазі. β-SiC, що містить незначну кількість SiO, можна спікати при атмосферному тиску, додаючи B і C. Цей метод значно покращує кінетику спікання карбіду кремнію. Легований відповідною кількістю B, B знаходиться на границях зерен SiC під час спікання і частково утворює твердий розчин з SiC, таким чином зменшуючи енергію границь зерен SiC. Легування помірною кількістю вільного C є корисним для твердофазного спікання, оскільки поверхня SiC зазвичай окислюється з невеликою кількістю утворення SiO, а додавання помірної кількості C допомагає зменшити і видалити плівку SiO на поверхні SiC, тим самим збільшуючи поверхневу енергію. Однак рідкофазне спікання матиме негативний ефект, оскільки C буде реагувати з оксидними добавками з утворенням газу, утворенням великої кількості отворів в керамічному тілі спікання, що впливає на процес ущільнення. Чистота, тонкість і фазовий склад сировини дуже важливі в процесі спікання карбіду кремнію. С.Прохазка спік спечений карбід кремнію з щільністю вище 98% при 2020°C при атмосферному тиску шляхом одночасного додавання відповідних кількостей B і C до ультратонких порошків β-SiC (що містять менше 2% кисню). Однак система SiC-B-C належить до категорії твердофазного спікання, що вимагає високої температури спікання, а також низької в'язкості руйнування, режим руйнування - типовий наскрізний кристалічний злам, крупне зерно і погана однорідність. Зарубіжні дослідження SiC в основному зосереджені на рідкофазному спіканні, тобто певній кількості спікаючих добавок, при більш низькій температурі для досягнення ущільнення SiC. Рідкофазне спікання SiC не тільки знижує температуру спікання порівняно з твердофазним спіканням, але й покращує мікроструктуру, і, таким чином, властивості спеченого тіла покращуються порівняно з властивостями твердофазного спеченого тіла.
M. Omori та ін. використовували оксиди рідкоземельних металів у суміші з AlO або боридами для щільного спікання SiC. Suzuki, з іншого боку, спік SiC лише з добавкою AlO при температурі близько 2000°C. A. Mulla та ін. спікали 0,5 мкм β-SiC (з невеликою кількістю SiO на поверхні частинок) з добавками AlO і YO при температурі 1850-1950°C і отримали відносну густину кераміки SiC, яка перевищувала 95% теоретичної густини, а зерна були дрібними, з середнім розміром 1,5 мкм.
Мікроструктура кераміки з карбіду кремнію має грубі зерна та стрижнеподібну структуру з хорошою в'язкістю руйнування. Стрижнеподібні зерна підвищують в'язкість руйнування, одночасно знижуючи міцність кераміки карбіду кремнію. Для того, щоб отримати кращу міцність і в'язкість при зниженні температури спікання, було зроблено багато спроб поліпшити властивості цього спеченого карбіду кремнію шляхом регулювання складу склофази за допомогою різних добавок. В процесі спікання введення рідкої фази на межі зерен і унікальна міжфазна структура призвели до ослаблення міжфазної структури і руйнування матеріалу перейшло в режим повного повздовжньокристалічного руйнування, що призвело до значного підвищення міцності і в'язкості матеріалу. Однак, враховуючи, що використання добавки AlO генерує склоподібну фазу з низькою температурою плавлення і високою летючістю, яка буде піддаватися сильному випаровуванню при більш високих температурах, викликаючи втрату ваги матеріалу і негативно впливаючи на ущільнення матеріалу, масова частка AlO в добавці повинна бути відповідним чином збільшена.