Επίδραση των προσθέτων στο πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου

Το πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου χωρίς πίεση θεωρείται το πιο υποσχόμενο πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου και με τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης χωρίς πίεση μπορούν να παρασκευαστούν πολύπλοκα σχήματα και μεγάλα μεγέθη κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου. Ανάλογα με τον μηχανισμό πυροσυσσωμάτωσης, αυτό το είδος πυροσυσσωματωμένου καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να χωριστεί περαιτέρω σε πυροσυσσωμάτωση στερεάς φάσης και πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης. Το β-SiC που περιέχει ίχνη SiO μπορεί να πυροσυσσωματωθεί σε ατμοσφαιρική πίεση με την προσθήκη Β και C. Η μέθοδος αυτή βελτιώνει σημαντικά την κινητική πυροσυσσωμάτωσης του καρβιδίου του πυριτίου. Προστιθέμενο με κατάλληλη ποσότητα Β, το Β βρίσκεται στα όρια των κόκκων του SiC κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης και σχηματίζει εν μέρει στερεό διάλυμα με το SiC, μειώνοντας έτσι την ενέργεια των ορίων των κόκκων του SiC. Η πρόσμιξη μέτριας ποσότητας ελεύθερου C είναι ευεργετική για την πυροσυσσωμάτωση στερεάς φάσης, επειδή η επιφάνεια του SiC συνήθως οξειδώνεται με μικρή ποσότητα γενιάς SiO και η προσθήκη μέτριας ποσότητας C βοηθά να μειωθεί και να απομακρυνθεί το φιλμ SiO στην επιφάνεια του SiC, αυξάνοντας έτσι την επιφανειακή ενέργεια. Ωστόσο, η πυροσυσσωμάτωση σε υγρή φάση θα έχει αρνητική επίδραση, επειδή το C θα αντιδράσει με τα πρόσθετα οξειδίου για να δημιουργήσει αέριο, το σχηματισμό μεγάλου αριθμού ανοιγμάτων στο κεραμικό σώμα πυροσυσσωμάτωσης, επηρεάζοντας τη διαδικασία συμπύκνωσης. Η καθαρότητα, η λεπτότητα και η σύνθεση φάσεων της πρώτης ύλης είναι πολύ σημαντικές στη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης του καρβιδίου του πυριτίου. η S.Proehazka πυροσυσσωμάτωσε πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου με πυκνότητα υψηλότερη από 98% στους 2020°C υπό ατμοσφαιρική πίεση προσθέτοντας ταυτόχρονα κατάλληλες ποσότητες Β και C σε υπερλεπτόκοκκες σκόνες β-SiC (που περιέχουν λιγότερο από 2% οξυγόνο). Ωστόσο, το σύστημα SiC-B-C ανήκει στην κατηγορία της πυροσυσσωμάτωσης στερεάς φάσης, η οποία απαιτεί υψηλή θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης και χαμηλή ανθεκτικότητα θραύσης, ο τρόπος θραύσης είναι μια τυπική διακρυσταλλική θραύση, χονδροί κόκκοι και κακή ομοιομορφία. Το επίκεντρο της ξένης έρευνας για το SiC επικεντρώνεται κυρίως στην πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης, δηλαδή σε ορισμένο αριθμό προσθέτων πυροσυσσωμάτωσης, σε χαμηλότερη θερμοκρασία για να επιτευχθεί η συμπύκνωση του SiC. Η πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης του SiC όχι μόνο μειώνει τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης σε σχέση με την πυροσυσσωμάτωση στερεάς φάσης, αλλά και βελτιώνει τη μικροδομή και έτσι οι ιδιότητες του πυροσυσσωματωμένου σώματος βελτιώνονται σε σύγκριση με εκείνες του πυροσυσσωματωμένου σώματος στερεάς φάσης.
M. Omori κ.ά. χρησιμοποίησαν οξείδια σπάνιων γαιών αναμεμειγμένα με AlO ή βορίδια για την πυκνή πυροσυσσωμάτωση του SiC. Ο Suzuki, από την άλλη πλευρά, πυροσυσσωμάτωσε SiC μόνο με AlO ως πρόσθετο στους 2000°C περίπου. Οι A. Mulla et al. έκαναν πυροσυσσωμάτωση β-SiC 0,5 μm (με μικρή ποσότητα SiO στην επιφάνεια των σωματιδίων) με AlO και YO ως πρόσθετα στους ,1850-1950°C και πέτυχαν σχετική πυκνότητα κεραμικών SiC που ήταν μεγαλύτερη από 95% της θεωρητικής πυκνότητας και οι κόκκοι ήταν λεπτοί, με μέσο μέγεθος 1,5 μ m.
Η μικροδομή των κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου βρέθηκε να έχει χοντρούς κόκκους και δομή που μοιάζει με ράβδο με καλή αντοχή σε θραύση. Οι ραβδόμορφοι κόκκοι αυξάνουν την ανθεκτικότητα σε θραύση ενώ μειώνουν την αντοχή των κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου. Προκειμένου να επιτευχθεί καλύτερη αντοχή και ανθεκτικότητα με ταυτόχρονη μείωση της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης, έγιναν πολλές προσπάθειες για τη βελτίωση των ιδιοτήτων αυτού του πυροσυσσωματωμένου καρβιδίου του πυριτίου με τη ρύθμιση της σύνθεσης της υαλώδους φάσης με διάφορα πρόσθετα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης, η εισαγωγή υγρής φάσης στο όριο των κόκκων και η μοναδική διεπιφανειακή δομή οδήγησαν στην αποδυνάμωση της διεπιφανειακής δομής και η θραύση του υλικού άλλαξε σε έναν πλήρη τρόπο θραύσης κατά μήκος του κρυστάλλου, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα τη σημαντική αύξηση της αντοχής και της ανθεκτικότητας του υλικού. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη ότι η χρήση του πρόσθετου AlO παράγει μια υαλώδη φάση με χαμηλό σημείο τήξης και υψηλή πτητικότητα, η οποία θα υποστεί έντονη εξάτμιση σε υψηλότερες θερμοκρασίες, προκαλώντας απώλεια βάρους του υλικού και επηρεάζοντας αρνητικά τη συμπύκνωση του υλικού, το κλάσμα μάζας του AlO στο πρόσθετο θα πρέπει να αυξηθεί κατάλληλα.