Effekt af tilsætningsstoffer på sintret siliciumcarbid

Trykløst sintret siliciumcarbid anses for at være det mest lovende sintrede siliciumcarbid, og komplekse former og store størrelser af siliciumcarbidkeramik kan fremstilles ved den trykløse sintringsproces. Afhængigt af sintringsmekanismen kan denne form for sintret siliciumcarbid yderligere opdeles i sintring i fast fase og sintring i flydende fase. β-SiC, der indeholder spormængder af SiO, kan sintres ved atmosfærisk tryk ved at tilsætte B og C. Denne metode forbedrer sintringskinetikken for siliciumcarbid betydeligt. Dopet med en passende mængde B er B på SiC-korngrænserne under sintring og danner delvist en fast opløsning med SiC, hvilket reducerer SiC's korngrænseenergi. Doping af moderat mængde frit C er gavnligt for sintring i fast fase, fordi SiC-overfladen normalt oxideres med en lille mængde SiO-generering, og tilsætningen af moderat mængde C hjælper med at gøre SiO-filmen på overfladen af SiC reduceret og fjernet, hvilket øger overfladeenergien. Imidlertid vil sintring i flydende fase have en negativ effekt, fordi C vil reagere med oxidtilsætningsstofferne for at generere gas, dannelsen af et stort antal åbninger i det keramiske sintringslegeme, hvilket påvirker fortætningsprocessen. Råmaterialets renhed, finhed og fasesammensætning er meget vigtig i sintringsprocessen af siliciumcarbid.S.Proehazka sintrede sintret siliciumcarbid med en densitet højere end 98% ved 2020 ° C under atmosfærisk tryk ved at tilføje passende mængder B og C samtidigt til ultrafine β-SiC-pulvere (indeholdende mindre end 2% ilt). SiC-B-C-systemet tilhører imidlertid kategorien sintring i fast fase, som kræver en høj sintringstemperatur og lav brudstyrke, brudtilstand er et typisk gennemkrystalbrud, grove korn og dårlig ensartethed. Fokus for udenlandsk forskning i SiC er hovedsageligt koncentreret om sintring i væskefasen, det vil sige et vist antal sintringsadditiver ved en lavere temperatur for at opnå SiC-fortætning. Væskefasesintring af SiC reducerer ikke kun sintringstemperaturen i forhold til fastfasesintring, men forbedrer også mikrostrukturen, og dermed forbedres egenskaberne for det sintrede legeme sammenlignet med egenskaberne for det sintrede legeme i fast fase.
M. Omori et al. brugte sjældne jordarters oxider blandet med AlO eller borider til at sintre SiC tæt. Suzuki sintrede derimod SiC med kun AlO som tilsætningsstof ved ca. 2000 °C. A. Mulla et al. sintrede 0,5 μm β-SiC (med en lille mængde SiO på overfladen af partiklerne) med AlO og YO som tilsætningsstoffer ved 1850-1950 °C og opnåede en relativ tæthed af SiC-keramik, der var større end 95% af den teoretiske tæthed, og kornene var fine med en gennemsnitlig størrelse på 1,5 μ m.
Mikrostrukturen i siliciumcarbidkeramikken viste sig at have grove korn og en stavlignende struktur med god brudstyrke. De stavformede korn øger brudsejheden, mens styrken af siliciumcarbidkeramikken falder. For at opnå bedre styrke og sejhed og samtidig sænke sintringstemperaturen er der gjort mange forsøg på at forbedre egenskaberne ved denne sintrede siliciumcarbid ved at justere glasfasesammensætningen med forskellige tilsætningsstoffer. Under sintringsprocessen førte indførelsen af flydende fase ved korngrænsen og den unikke grænsefladestruktur til svækkelse af grænsefladestrukturen, og materialets brud ændrede sig til en komplet brudtilstand langs krystallen, hvilket resulterede i en betydelig stigning i materialets styrke og sejhed. I betragtning af at brugen af AlO-tilsætningsstof genererer en glasagtig fase med lavt smeltepunkt og høj flygtighed, som vil undergå stærk fordampning ved højere temperaturer, hvilket forårsager vægttab af materialet og påvirker materialets fortætning negativt, bør massefraktionen af AlO i tilsætningsstoffet øges på passende vis.