Efek aditif pada silikon karbida yang disinter

Silikon karbida sinter tanpa tekanan dianggap sebagai silikon karbida sinter yang paling menjanjikan, dan bentuk kompleks serta ukuran besar keramik silikon karbida dapat dibuat dengan proses sintering tanpa tekanan. Bergantung pada mekanisme sintering, jenis silikon karbida sinter ini dapat dibagi lagi menjadi sintering fase padat dan sintering fase cair. β-SiC yang mengandung sejumlah kecil SiO dapat disinter pada tekanan atmosfer dengan menambahkan B dan C. Metode ini secara signifikan meningkatkan kinetika sintering silikon karbida. Doping dengan jumlah B yang sesuai, B berada pada batas butir SiC selama sintering dan sebagian membentuk larutan padat dengan SiC, sehingga mengurangi energi batas butir SiC. Doping C bebas dalam jumlah sedang bermanfaat untuk sintering fase padat karena permukaan SiC biasanya teroksidasi dengan sejumlah kecil pembentukan SiO, dan penambahan C dalam jumlah sedang membantu membuat film SiO pada permukaan SiC berkurang dan dihilangkan, sehingga meningkatkan energi permukaan. Namun, sintering fase cair akan memiliki efek negatif, karena C akan bereaksi dengan aditif oksida untuk menghasilkan gas, pembentukan sejumlah besar bukaan di badan sintering keramik, yang mempengaruhi proses densifikasi. Kemurnian, kehalusan, dan komposisi fasa bahan baku sangat penting dalam proses sintering silikon karbida. S.Proehazka menyinter silikon karbida sinter dengan kepadatan lebih tinggi dari 98% pada suhu 2020 ° C di bawah tekanan atmosfer dengan menambahkan B dan C dalam jumlah yang sesuai secara bersamaan ke bubuk β-SiC ultra-halus (mengandung kurang dari 2% oksigen). Namun, sistem SiC-B-C termasuk dalam kategori sintering fase padat, yang membutuhkan suhu sintering yang tinggi, dan ketangguhan patah yang rendah, mode patah adalah patah melalui kristal yang khas, butiran kasar dan keseragaman yang buruk. Fokus penelitian asing tentang SiC terutama terkonsentrasi pada sintering fase cair, yaitu sejumlah aditif sintering, pada suhu yang lebih rendah untuk mencapai densifikasi SiC. Sintering fase cair SiC tidak hanya mengurangi suhu sintering relatif terhadap sintering fase padat, tetapi juga meningkatkan struktur mikro, dan dengan demikian sifat-sifat benda yang disinter ditingkatkan dibandingkan dengan benda yang disinter fase padat.
M. Omori dkk. menggunakan oksida tanah jarang yang dicampur dengan AlO atau borida untuk menyinter SiC secara padat. Suzuki, di sisi lain, menyinter SiC dengan hanya AlO sebagai aditif pada suhu sekitar 2000 ° C. A. Mulla dkk. menyinter 0,5 μm β-SiC (dengan sejumlah kecil SiO pada permukaan partikel) dengan AlO dan YO sebagai aditif pada suhu 1850-1950 ° C, dan memperoleh kerapatan relatif keramik SiC yang lebih besar dari 95% kerapatan teoritis, dan butirannya halus, dengan ukuran rata-rata 1,5 μ m.
Struktur mikro keramik silikon karbida ditemukan memiliki butiran kasar dan struktur seperti batang dengan ketangguhan retak yang baik. Butiran seperti batang meningkatkan ketangguhan patah sekaligus menurunkan kekuatan keramik silikon karbida. Untuk mendapatkan kekuatan dan ketangguhan yang lebih baik sekaligus menurunkan suhu sintering, banyak upaya telah dilakukan untuk meningkatkan sifat silikon karbida sinter ini dengan menyesuaikan komposisi fase gelas dengan aditif yang berbeda. Selama proses sintering, masuknya fasa cair pada batas butir dan struktur antar muka yang unik menyebabkan melemahnya struktur antar muka dan fraktur material berubah menjadi mode fraktur sepanjang kristal yang lengkap, yang menghasilkan peningkatan kekuatan dan ketangguhan material yang signifikan. Namun, mengingat penggunaan aditif AlO menghasilkan fase seperti kaca dengan titik leleh rendah dan volatilitas tinggi, yang akan mengalami penguapan yang kuat pada suhu yang lebih tinggi, menyebabkan penurunan berat material dan berdampak buruk pada densifikasi material, maka fraksi massa AlO dalam aditif harus ditingkatkan dengan tepat.