تأثير المواد المضافة على كربيد السيليكون الملبد

يعتبر كربيد السيليكون الملبد بدون ضغط أكثر أنواع كربيد السيليكون الملبد الواعدة، ويمكن تحضير الأشكال المعقدة والأحجام الكبيرة من سيراميك كربيد السيليكون من خلال عملية التلبيد بدون ضغط. واعتمادًا على آلية التلبيد، يمكن تقسيم هذا النوع من كربيد السيليكون الملبد إلى تلبيد في المرحلة الصلبة وتلبيد في المرحلة السائلة. يمكن تلبيد β-SiC الذي يحتوي على كميات ضئيلة من SiO عند الضغط الجوي بإضافة B وC. وتحسّن هذه الطريقة بشكل كبير من حركية تلبيد كربيد السيليكون. تكون B، المخدرة بكمية مناسبة من B، على حدود حبيبات كربيد السيليكون أثناء التلبيد وتشكل جزئيًا محلولًا صلبًا مع كربيد السيليكون، وبالتالي تقلل من طاقة حدود حبيبات كربيد السيليكون. يعتبر التخدير بكمية معتدلة من C الحر مفيدًا للتلبيد في المرحلة الصلبة لأن سطح SiC عادةً ما يتأكسد بكمية صغيرة من توليد SiO، وتساعد إضافة كمية معتدلة من C على جعل طبقة SiO على سطح SiC مختزلة ومزالة، وبالتالي زيادة طاقة السطح. ومع ذلك، فإن التلبيد في المرحلة السائلة سيكون له تأثير سلبي، لأن C سيتفاعل مع إضافات الأكسيد لتوليد الغاز، وتشكيل عدد كبير من الفتحات في جسم التلبيد الخزفي، مما يؤثر على عملية التكثيف. إن النقاء والدقة والتركيب المرحلي للمادة الخام مهمان جدًا في عملية تلبيد كربيد السيليكون، حيث قام S.Proehazka بتلبيد كربيد السيليكون الملبد بكثافة أعلى من 98% عند درجة حرارة 2020 درجة مئوية تحت الضغط الجوي عن طريق إضافة كميات مناسبة من B و C في وقت واحد إلى مساحيق β-SiC متناهية الصغر (تحتوي على أقل من 2% أكسجين). ومع ذلك، فإن نظام SiC-B-C ينتمي إلى فئة التلبيد في المرحلة الصلبة، والتي تتطلب درجة حرارة تلبيد عالية، وصلابة منخفضة للكسر، ونمط الكسر هو كسر نموذجي من خلال البلورة، والحبيبات الخشنة وضعف التوحيد. يتركز تركيز الأبحاث الأجنبية على تلبيد SiC بشكل أساسي في تلبيد الطور السائل، أي عدد معين من إضافات التلبيد، عند درجة حرارة منخفضة لتحقيق تكثيف SiC. لا يقلل التلبيد في المرحلة السائلة من SiC من درجة حرارة التلبيد بالنسبة للتلبيد في المرحلة الصلبة فحسب، بل يحسن أيضًا البنية المجهرية، وبالتالي يتم تحسين خصائص الجسم الملبد مقارنةً بخصائص الجسم الملبد في المرحلة الصلبة.
M. استخدم أوموري وآخرون أكاسيد تراب نادرة ممزوجة بالأكسيد الألومنيوم أو البوريدات لتلبيد SiC بكثافة. ومن ناحية أخرى، قام سوزوكي بتلبيد SiC باستخدام أكسيد الألومنيوم فقط كمادة مضافة عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية تقريبًا. قام أ. مُلا وآخرون بتلبيد 0.5 ميكرومتر من SiC (مع كمية صغيرة من SiO على سطح الجسيمات) مع AlO وYU كمادة مضافة عند درجة حرارة تتراوح بين 1850 و1950 درجة مئوية، وحصلوا على كثافة نسبية لسيراميك SiC أكبر من 95% من الكثافة النظرية، وكانت الحبيبات دقيقة بمتوسط حجم 1.5 ميكرومتر.
وُجد أن البنية المجهرية لسيراميك كربيد السيليكون تحتوي على حبيبات خشنة وبنية تشبه القضبان مع صلابة كسر جيدة. تزيد الحبيبات الشبيهة بالقضبان من صلابة الكسر مع تقليل قوة سيراميك كربيد السيليكون. ومن أجل الحصول على قوة وصلابة أفضل مع خفض درجة حرارة التلبيد، بُذلت العديد من المحاولات لتحسين خصائص كربيد السيليكون الملبد عن طريق تعديل تركيبة الطور الزجاجي بإضافات مختلفة. أثناء عملية التلبيد، أدى إدخال الطور السائل عند حدود الحبيبات والبنية البينية الفريدة إلى إضعاف البنية البينية وتغير كسر المادة إلى وضع الكسر الكامل على طول البلورة، مما أدى إلى زيادة كبيرة في قوة وصلابة المادة. ومع ذلك، بالنظر إلى أن استخدام المادة المضافة AlO يولد طورًا زجاجيًا ذا نقطة انصهار منخفضة وتطاير عالٍ، والذي سيخضع لتطاير قوي عند درجات حرارة أعلى، مما يتسبب في فقدان وزن المادة ويؤثر سلبًا على تكثيف المادة، ينبغي زيادة جزء كتلة AlO في المادة المضافة بشكل مناسب.