Katkı maddelerinin sinterlenmiş silisyum karbür üzerindeki etkisi

Basınçsız sinterlenmiş silisyum karbür, en umut verici sinterlenmiş silisyum karbür olarak kabul edilir ve basınçsız sinterleme işlemi ile karmaşık şekiller ve büyük boyutlarda silisyum karbür seramikler hazırlanabilir. Sinterleme mekanizmasına bağlı olarak, bu tür sinterlenmiş silisyum karbür ayrıca katı faz sinterleme ve sıvı faz sinterleme olarak ikiye ayrılabilir. Eser miktarda SiO içeren β-SiC, B ve C eklenerek atmosferik basınçta sinterlenebilir. Bu yöntem, silisyum karbürün sinterleme kinetiğini önemli ölçüde geliştirir. Uygun miktarda B ile katkılanan B, sinterleme sırasında SiC tane sınırlarında bulunur ve kısmen SiC ile katı bir çözelti oluşturur, böylece SiC'nin tane sınırı enerjisini azaltır. Orta miktarda serbest C katkısı, katı faz sinterleme için faydalıdır çünkü SiC yüzeyi genellikle az miktarda SiO oluşumuyla oksitlenir ve orta miktarda C ilavesi, SiC yüzeyindeki SiO filminin azaltılmasına ve çıkarılmasına yardımcı olur, böylece yüzey enerjisini arttırır. Bununla birlikte, sıvı faz sinterlemenin olumsuz bir etkisi olacaktır, çünkü C gaz üretmek için oksit katkı maddeleri ile reaksiyona girecek, seramik sinterleme gövdesinde çok sayıda açıklık oluşacak ve yoğunlaştırma sürecini etkileyecektir. Hammaddenin saflığı, inceliği ve faz bileşimi silisyum karbürün sinterleme sürecinde çok önemlidir.S.Proehazka, ultra ince β-SiC tozlarına (2%'den az oksijen içeren) uygun miktarlarda B ve C'yi aynı anda ekleyerek atmosferik basınç altında 2020 ° C'de 98%'den daha yüksek bir yoğunluğa sahip sinterlenmiş silisyum karbürü sinterledi. Bununla birlikte, SiC-B-C sistemi, yüksek sinterleme sıcaklığı ve düşük kırılma tokluğu gerektiren katı faz sinterleme kategorisine aittir, kırılma modu tipik bir kristaller arası kırılma, iri taneler ve zayıf homojenliktir. SiC üzerine yapılan yabancı araştırmaların odak noktası, SiC yoğunlaştırmasını sağlamak için daha düşük bir sıcaklıkta sıvı faz sinterlemesinde, yani belirli sayıda sinterleme katkı maddesinde yoğunlaşmıştır. SiC'nin sıvı faz sinterlemesi sadece katı faz sinterlemeye göre sinterleme sıcaklığını düşürmekle kalmaz, aynı zamanda mikro yapıyı da iyileştirir ve böylece sinterlenmiş gövdenin özellikleri katı faz sinterlenmiş gövdenin özelliklerine kıyasla iyileştirilir.
M. Omori ve arkadaşları, SiC'yi yoğun bir şekilde sinterlemek için AlO veya borürlerle karıştırılmış nadir toprak oksitleri kullanmıştır. Suzuki ise SiC'yi yaklaşık 2000°C'de katkı maddesi olarak sadece AlO ile sinterlemiştir. A. Mulla ve arkadaşları 0,5 μm β-SiC'yi (partiküllerin yüzeyinde az miktarda SiO ile) katkı maddesi olarak AlO ve YO ile 1850-1950°C'de sinterlemiş ve teorik yoğunluğun 95%'sinden daha yüksek bir SiC seramik bağıl yoğunluğu elde etmişlerdir ve taneler ortalama 1,5 μm boyutunda ince yapıdadır.
Silisyum karbür seramiklerin mikro yapısının iri tanelere ve iyi kırılma tokluğuna sahip çubuk benzeri bir yapıya sahip olduğu bulunmuştur. Çubuk benzeri taneler, silisyum karbür seramiklerin mukavemetini azaltırken kırılma tokluğunu artırır. Sinterleme sıcaklığını düşürürken daha iyi mukavemet ve tokluk elde etmek için, cam fazı bileşimini farklı katkı maddeleri ile ayarlayarak bu sinterlenmiş silisyum karbürün özelliklerini iyileştirmek için birçok girişimde bulunulmuştur. Sinterleme işlemi sırasında, tane sınırına sıvı fazın girmesi ve benzersiz arayüzey yapısı, arayüzey yapısının zayıflamasına ve malzemenin kırılmasının tam bir kristal boyunca kırılma moduna dönüşmesine neden olmuş, bu da malzemenin mukavemetinde ve tokluğunda önemli bir artışa neden olmuştur. Bununla birlikte, AlO katkısı kullanımının düşük erime noktasına ve yüksek uçuculuğa sahip camsı bir faz oluşturduğu, bu fazın daha yüksek sıcaklıklarda güçlü buharlaşmaya uğrayacağı, malzemenin ağırlık kaybına neden olacağı ve malzemenin yoğunlaşmasını olumsuz etkileyeceği göz önünde bulundurularak, katkıdaki AlO kütle oranı uygun şekilde artırılmalıdır.