Efeito dos aditivos no carboneto de silício sinterizado

O carboneto de silício sinterizado sem pressão é considerado o carboneto de silício sinterizado mais prometedor, e podem ser preparadas cerâmicas de carboneto de silício de formas complexas e de grandes dimensões através do processo de sinterização sem pressão. Dependendo do mecanismo de sinterização, este tipo de carboneto de silício sinterizado pode ainda ser dividido em sinterização em fase sólida e sinterização em fase líquida. O β-SiC que contém quantidades vestigiais de SiO pode ser sinterizado à pressão atmosférica através da adição de B e C. Este método melhora significativamente a cinética de sinterização do carboneto de silício. Dopado com uma quantidade adequada de B, o B encontra-se nos limites dos grãos de SiC durante a sinterização e forma parcialmente uma solução sólida com o SiC, reduzindo assim a energia dos limites dos grãos de SiC. A dopagem de uma quantidade moderada de C livre é benéfica para a sinterização em fase sólida porque a superfície do SiC é normalmente oxidada com uma pequena quantidade de geração de SiO, e a adição de uma quantidade moderada de C ajuda a reduzir e remover a película de SiO na superfície do SiC, aumentando assim a energia da superfície. No entanto, a sinterização em fase líquida terá um efeito negativo, porque o C reagirá com os aditivos de óxido para gerar gás, a formação de um grande número de aberturas no corpo de sinterização da cerâmica, afectando o processo de densificação. A pureza, finura e composição de fase da matéria-prima são muito importantes no processo de sinterização do carboneto de silício.S.Proehazka sinterizou o carboneto de silício sinterizado com uma densidade superior a 98% a 2020°C sob pressão atmosférica, adicionando quantidades adequadas de B e C simultaneamente a pós β-SiC ultrafinos (contendo menos de 2% de oxigénio). No entanto, o sistema SiC-B-C pertence à categoria de sinterização em fase sólida, que requer uma temperatura de sinterização elevada, e baixa resistência à fratura, o modo de fratura é uma fratura típica através do cristal, grãos grosseiros e fraca uniformidade. O foco da investigação estrangeira sobre o SiC concentra-se principalmente na sinterização em fase líquida, ou seja, um certo número de aditivos de sinterização, a uma temperatura mais baixa para obter a densificação do SiC. A sinterização em fase líquida do SiC não só reduz a temperatura de sinterização em relação à sinterização em fase sólida, mas também melhora a microestrutura, e assim as propriedades do corpo sinterizado são melhoradas em comparação com as do corpo sinterizado em fase sólida.
M. Omori et al. utilizaram óxidos de terras raras misturados com AlO ou boretos para sinterizar densamente o SiC. Suzuki, por outro lado, sinterizou SiC apenas com AlO como aditivo a cerca de 2000°C. A. Mulla et al. sinterizaram 0,5 μm β-SiC (com uma pequena quantidade de SiO na superfície das partículas) com AlO e YO como aditivos a ,1850-1950°C, e obtiveram uma densidade relativa de cerâmicas de SiC que era superior a 95% da densidade teórica, e os grãos eram finos, com um tamanho médio de 1,5 μ m.
Verificou-se que a microestrutura das cerâmicas de carboneto de silício tem grãos grosseiros e uma estrutura em forma de bastão com boa resistência à fratura. Os grãos em forma de bastonete aumentam a resistência à fratura enquanto diminuem a resistência das cerâmicas de carboneto de silício. A fim de obter uma melhor resistência e tenacidade enquanto se baixa a temperatura de sinterização, foram feitas muitas tentativas para melhorar as propriedades deste carboneto de silício sinterizado ajustando a composição da fase vítrea com diferentes aditivos. Durante o processo de sinterização, a introdução da fase líquida no limite do grão e a estrutura interfacial única conduziram ao enfraquecimento da estrutura interfacial e a fratura do material mudou para um modo de fratura completa ao longo do cristal, o que resultou num aumento significativo da resistência e da tenacidade do material. No entanto, tendo em conta que a utilização do aditivo AlO gera uma fase vítrea com baixo ponto de fusão e elevada volatilidade, que sofrerá uma forte volatilização a temperaturas mais elevadas, causando a perda de peso do material e afectando negativamente a densificação do material, a fração de massa de AlO no aditivo deve ser aumentada de forma adequada.