常压下烧结碳化硅的固相烧结

         含有 C 和 B4C 元素作为烧结助剂的碳化硅陶瓷的烧结属于固相烧结，烧结过程主要由扩散机理控制，最佳烧结温度为 2150°C。烧结过程简单，易于控制。添加适当含量的 C+B4C 烧结添加剂的烧结碳化硅烧结工艺简单易控，陶瓷烧结后相比坯料有约 30% 的体积收缩，可以得到密度更高、力学性能更好的碳化硅特种陶瓷。目前，常用的烧结添加剂有 B4C+C、BN+C、BP（磷化硼）+C、AI+C、AIN+C 等。在无压烧结过程中加入适当含量的 C+B4C SiC，这类烧结硅的工艺简单，易于控制，材料密度较高，最大密度为 3.169/cm3（相对密度为 98.75%）；力学性能较好，最大抗压强度为 550MPa。
         碳化硅原料最好是 D50 值为 0.5 - 0.8 微米的单微粉。通常是经过化学处理的绿色碳化硅微粉，其比表面积为 20 立方米/克。此外，B 的添加量应选择在 0.5% - 1.5% 左右，而 C 的添加量则取决于碳化硅粉末中氧含量的高低。化学成分 SIC>99%，F-C<0.1，Si+SiO2<0.1，Fe2O3<0.08。颗粒形状和尺寸组成，颗粒形状接近球形，以达到最紧凑的堆积。
        B4C和C的添加属于固相烧结范畴，需要较高的烧结温度。SiC烧结驱动力为：粉末颗粒表面能（Eb）与多晶烧结体晶粒摆动面（Es）之差，导致体系自由能降低。掺入适量的 B4C 后，B4C 在烧结过程中位于 SiC 晶界上，部分与 SiC 形成固溶体，从而降低了 SiC 的晶界容量。掺入适量的游离 C 有利于固相烧结，因为 SiC 表面通常会被氧化，从而生成少量 Si02，而加入适量的 C 有助于使 SiC 表面的 Si02 膜的还原作用被去除，从而增加表面能 Eb。
         SiC 系统在 1.013x105Pa 和高于 1880°C 的温度下发生分解和升华。SiC 体系中含有 Si、Si2、Si3、C、C2、C3、C4、C5、SiC、Si2C、SiC2 等气相，在 SiC 晶体生长过程中，温差是升华过程的基本驱动力，整个过程由质量传输主导。SiC 体系中的这些不同气相通过扩散凝聚在 SiC 晶母上，导致 SiC 晶体颗粒的生长。对于 C+B4C 烧结助剂体系的样品，由于主要是固相烧结，所需的烧结温度较高，并且在 1300 ℃ 左右通入氩气作为保护气氛，因为在 1300 ℃ 以上的高温下，氩气有利于减少 SiC 的分解。衡量 SiC 烧结体的质量有两个必要条件：孔隙率越低越致密；晶粒越小越好。