Effet des additifs sur le carbure de silicium fritté

Le carbure de silicium fritté sans pression est considéré comme le carbure de silicium fritté le plus prometteur, et des formes complexes et de grandes tailles de céramiques de carbure de silicium peuvent être préparées par le processus de frittage sans pression. En fonction du mécanisme de frittage, ce type de carbure de silicium fritté peut être divisé en frittage en phase solide et frittage en phase liquide. Le β-SiC contenant des traces de SiO peut être fritté à la pression atmosphérique en ajoutant B et C. Cette méthode améliore considérablement la cinétique de frittage du carbure de silicium. Dopé avec une quantité appropriée de B, B se trouve sur les joints de grains du SiC pendant le frittage et forme partiellement une solution solide avec le SiC, réduisant ainsi l'énergie des joints de grains du SiC. Le dopage d'une quantité modérée de C libre est bénéfique pour le frittage en phase solide car la surface du SiC est généralement oxydée avec une petite quantité de génération de SiO, et l'ajout d'une quantité modérée de C permet de réduire et d'éliminer le film de SiO à la surface du SiC, augmentant ainsi l'énergie de surface. Cependant, le frittage en phase liquide aura un effet négatif, car le C réagira avec les additifs d'oxyde pour générer du gaz, la formation d'un grand nombre d'ouvertures dans le corps de frittage de la céramique, ce qui affectera le processus de densification. La pureté, la finesse et la composition de phase de la matière première sont très importantes dans le processus de frittage du carbure de silicium.S.Proehazka a fritté du carbure de silicium d'une densité supérieure à 98% à 2020°C sous pression atmosphérique en ajoutant simultanément des quantités appropriées de B et de C à des poudres β-SiC ultrafines (contenant moins de 2% d'oxygène). Cependant, le système SiC-B-C appartient à la catégorie du frittage en phase solide, qui nécessite une température de frittage élevée et une faible ténacité à la rupture, le mode de rupture est une fracture typique à travers le cristal, les grains sont grossiers et l'uniformité médiocre. La recherche étrangère sur le SiC se concentre principalement sur le frittage en phase liquide, c'est-à-dire un certain nombre d'additifs de frittage, à une température plus basse pour obtenir une densification du SiC. Le frittage en phase liquide du SiC permet non seulement de réduire la température de frittage par rapport au frittage en phase solide, mais aussi d'améliorer la microstructure, ce qui permet d'améliorer les propriétés du corps fritté par rapport à celles du corps fritté en phase solide.
M. Omori et al. ont utilisé des oxydes de terres rares mélangés à de l'AlO ou à des borures pour fritter le SiC de manière dense. Suzuki, quant à lui, a fritté du SiC avec seulement de l'AlO comme additif à environ 2000°C. A. Mulla et al. ont fritté 0,5 μm de β-SiC (avec une petite quantité de SiO à la surface des particules) avec AlO et YO comme additifs à 1850-1950°C, et ont obtenu une densité relative des céramiques SiC supérieure à 95% de la densité théorique, et les grains étaient fins, avec une taille moyenne de 1,5 μ m.
La microstructure des céramiques de carbure de silicium présente des grains grossiers et une structure en forme de bâtonnet avec une bonne résistance à la rupture. Les grains en forme de bâtonnets augmentent la résistance à la rupture tout en diminuant la résistance des céramiques de carbure de silicium. Afin d'obtenir une meilleure résistance et une meilleure ténacité tout en abaissant la température de frittage, de nombreuses tentatives ont été faites pour améliorer les propriétés de ce carbure de silicium fritté en ajustant la composition de la phase vitreuse à l'aide de différents additifs. Au cours du processus de frittage, l'introduction de la phase liquide à la limite des grains et la structure interfaciale unique ont conduit à l'affaiblissement de la structure interfaciale et la fracture du matériau s'est transformée en un mode de fracture complet le long du cristal, ce qui a entraîné une augmentation significative de la résistance et de la ténacité du matériau. Toutefois, étant donné que l'utilisation d'un additif AlO génère une phase vitreuse avec un point de fusion bas et une volatilité élevée, qui subira une forte volatilisation à des températures plus élevées, entraînant une perte de poids du matériau et affectant négativement la densification du matériau, la fraction de masse d'AlO dans l'additif doit être augmentée de manière appropriée.