Lisäaineiden vaikutus sintrattuun piikarbidiin

Paineettomasti sintrattua piikarbidia pidetään lupaavimpana sintrattuna piikarbidina, ja paineettomalla sintrausprosessilla voidaan valmistaa monimutkaisia muotoja ja suuria kokoja piikarbidikeramiikkaa. Sintrausmekanismin mukaan tällainen sintrattu piikarbidi voidaan jakaa edelleen kiinteän faasin sintraukseen ja nestemäisen faasin sintraukseen. SiO:ta pieniä määriä sisältävä β-SiC voidaan sintrata ilmakehän paineessa lisäämällä B:tä ja C:tä. Tämä menetelmä parantaa merkittävästi piikarbidin sintrauskinetiikkaa. Sopivalla määrällä B:tä seostettuna B on sintrauksen aikana SiC:n raerajoilla ja muodostaa osittain kiinteän liuoksen SiC:n kanssa, mikä vähentää SiC:n raerajojen energiaa. Kohtuullisen määrän vapaan C:n lisääminen on hyödyllistä kiinteän faasin sintrauksen kannalta, koska SiC:n pinta hapettuu yleensä pienellä määrällä SiO-sukupolvea, ja kohtuullisen määrän C:n lisääminen auttaa tekemään SiC:n pinnalla olevasta SiO-kalvosta pelkistyneen ja poistetun, mikä lisää pintaenergiaa. Nestemäisen vaiheen sintrauksella on kuitenkin kielteinen vaikutus, koska C reagoi oksidilisäaineiden kanssa kaasun tuottamiseksi, suuren määrän aukkojen muodostuminen keraamisessa sintrauskappaleessa, mikä vaikuttaa tiivistymisprosessiin. Raaka-aineen puhtaus, hienous ja faasikoostumus ovat erittäin tärkeitä piikarbidin sintrausprosessissa.S.Proehazka sintrasi sintrattua piikarbidia, jonka tiheys on suurempi kuin 98% 2020 °C:ssa ilmakehän paineessa lisäämällä sopivia määriä B:tä ja C:tä samanaikaisesti ultrapieniin β-SiC-jauheisiin (jotka sisältävät vähemmän kuin 2% happea). SiC-B-C-järjestelmä kuuluu kuitenkin kiinteän faasin sintrauksen luokkaan, joka edellyttää korkeaa sintrauslämpötilaa ja matalaa murtumissitkeyttä, murtumismuoto on tyypillinen läpikiteinen murtuma, karkeat rakeet ja huono tasaisuus. SiC:tä koskevan ulkomaisen tutkimuksen painopiste on pääasiassa keskittynyt nestemäisen faasin sintraukseen, eli tietty määrä sintrauslisäaineita, alhaisemmassa lämpötilassa SiC:n tiivistymisen saavuttamiseksi. SiC:n nestefaasisintraus ei ainoastaan alenna sintrauslämpötilaa suhteessa kiinteän faasin sintraukseen, vaan myös parantaa mikrorakennetta, jolloin sintratun kappaleen ominaisuudet paranevat verrattuna kiinteän faasin sintraukseen.
M. Omori et al. käyttivät harvinaisten maametallien oksideja sekoitettuna AlO:n tai boridien kanssa SiC:n sintraamiseen tiheästi. Suzuki puolestaan sintrasi SiC:tä pelkällä AlO:lla lisäaineena noin 2000 °C:ssa. A. Mulla et al. sintrattiin 0,5 μm β-SiC:tä (jossa hiukkasten pinnalla oli pieni määrä SiO:ta) AlO:n ja YO:n kanssa lisäaineina ,1850-1950 °C:ssa ja saatiin SiC-keramiikan suhteellinen tiheys, joka oli yli 95% teoreettisesta tiheydestä, ja rakeet olivat hienoja, keskikoko oli 1,5 μ m. Tämän jälkeen SiC-keramiikka oli sintrattavissa.
Piikarbidikeramiikan mikrorakenteen todettiin olevan karkearakeinen ja sauvamainen, murtumissitkeydeltään hyvä. Sauvamaiset rakeet lisäävät murtumissitkeyttä ja vähentävät samalla piikarbidikeramiikan lujuutta. Paremman lujuuden ja sitkeyden saavuttamiseksi ja samalla sintrauslämpötilan alentamiseksi on tehty monia yrityksiä parantaa tämän sintratun piikarbidin ominaisuuksia säätämällä lasifaasin koostumusta eri lisäaineilla. Sintrausprosessin aikana nestemäisen faasin tuominen raerajalle ja ainutlaatuinen rajapintarakenne johtivat rajapintarakenteen heikkenemiseen ja materiaalin murtuminen muuttui täydellisesti pitkin kiderakennetta tapahtuvaksi murtumaksi, mikä johti materiaalin lujuuden ja sitkeyden merkittävään lisääntymiseen. Kun kuitenkin otetaan huomioon, että AlO-lisäaineen käyttö tuottaa lasimaista faasia, jolla on alhainen sulamispiste ja korkea haihtuvuus ja joka haihtuu voimakkaasti korkeammissa lämpötiloissa aiheuttaen materiaalin painohäviötä ja vaikuttaen haitallisesti materiaalin tiivistymiseen, AlO:n massaosuutta lisäaineessa olisi lisättävä asianmukaisesti.