Wpływ dodatków na spiekany węglik krzemu

Spiekany bezciśnieniowo węglik krzemu jest uważany za najbardziej obiecujący spiekany węglik krzemu, a złożone kształty i duże rozmiary ceramiki z węglika krzemu można przygotować w procesie spiekania bezciśnieniowego. W zależności od mechanizmu spiekania, ten rodzaj spiekanego węglika krzemu można dalej podzielić na spiekanie w fazie stałej i spiekanie w fazie ciekłej. β-SiC zawierający śladowe ilości SiO może być spiekany pod ciśnieniem atmosferycznym poprzez dodanie B i C. Metoda ta znacznie poprawia kinetykę spiekania węglika krzemu. Domieszkowany odpowiednią ilością B, B znajduje się na granicach ziaren SiC podczas spiekania i częściowo tworzy stały roztwór z SiC, zmniejszając w ten sposób energię graniczną ziaren SiC. Domieszkowanie umiarkowaną ilością wolnego C jest korzystne dla spiekania w fazie stałej, ponieważ powierzchnia SiC jest zwykle utleniana niewielką ilością SiO, a dodanie umiarkowanej ilości C pomaga zredukować i usunąć warstwę SiO na powierzchni SiC, zwiększając w ten sposób energię powierzchniową. Jednak spiekanie w fazie ciekłej będzie miało negatywny wpływ, ponieważ C będzie reagować z dodatkami tlenkowymi w celu wytworzenia gazu, tworząc dużą liczbę otworów w ceramicznym korpusie spiekającym, wpływając na proces zagęszczania. Czystość, rozdrobnienie i skład fazowy surowca są bardzo ważne w procesie spiekania węglika krzemu. S. Proehazka spiekł spiekany węglik krzemu o gęstości wyższej niż 98% w temperaturze 2020 ° C pod ciśnieniem atmosferycznym, dodając odpowiednie ilości B i C jednocześnie do ultradrobnych proszków β-SiC (zawierających mniej niż 2% tlenu). Jednak system SiC-B-C należy do kategorii spiekania w fazie stałej, co wymaga wysokiej temperatury spiekania i niskiej odporności na pękanie, tryb pękania jest typowym pęknięciem przez kryształ, gruboziarnistym ziarnem i słabą jednorodnością. Zagraniczne badania nad SiC koncentrują się głównie na spiekaniu w fazie ciekłej, czyli pewnej liczbie dodatków spiekalniczych, w niższej temperaturze, aby osiągnąć zagęszczenie SiC. Spiekanie SiC w fazie ciekłej nie tylko obniża temperaturę spiekania w stosunku do spiekania w fazie stałej, ale także poprawia mikrostrukturę, a tym samym właściwości spiekanego korpusu są lepsze w porównaniu z właściwościami spiekanego korpusu w fazie stałej.
M. Omori i in. użyli tlenków metali ziem rzadkich zmieszanych z AlO lub borowodorami do gęstego spiekania SiC. Z drugiej strony Suzuki spiekł SiC tylko z AlO jako dodatkiem w temperaturze około 2000°C. A. Mulla i in. spiekali 0,5 μm β-SiC (z niewielką ilością SiO na powierzchni cząstek) z AlO i YO jako dodatkami w temperaturze 1850-1950°C i uzyskali względną gęstość ceramiki SiC, która była większa niż 95% gęstości teoretycznej, a ziarna były drobne, o średnim rozmiarze 1,5 μm.
Stwierdzono, że mikrostruktura ceramiki z węglika krzemu ma grube ziarna i strukturę prętową o dobrej odporności na pękanie. Ziarna przypominające pręty zwiększają odporność na pękanie, jednocześnie zmniejszając wytrzymałość ceramiki z węglika krzemu. Aby uzyskać lepszą wytrzymałość i ciągliwość przy jednoczesnym obniżeniu temperatury spiekania, podjęto wiele prób poprawy właściwości spiekanego węglika krzemu poprzez dostosowanie składu fazy szklanej za pomocą różnych dodatków. Podczas procesu spiekania, wprowadzenie fazy ciekłej na granicy ziaren i unikalna struktura międzyfazowa doprowadziły do osłabienia struktury międzyfazowej, a pękanie materiału zmieniło się na całkowity tryb pękania wzdłuż kryształu, co spowodowało znaczny wzrost wytrzymałości i ciągliwości materiału. Biorąc jednak pod uwagę, że zastosowanie dodatku AlO generuje fazę szklistą o niskiej temperaturze topnienia i wysokiej lotności, która ulegnie silnej ulatnianiu w wyższych temperaturach, powodując utratę masy materiału i niekorzystnie wpływając na zagęszczanie materiału, należy odpowiednio zwiększyć udział masowy AlO w dodatku.