Obsah uhlíku v každém slinutém vzorku se liší, s obsahem uhlíku A-2,5 hmotnostních % v tomto rozmezí, čímž vzniká hustý materiál s téměř žádnými póry, který se skládá z rovnoměrně rozložených částic karbidu křemíku a volného křemíku. S rostoucím množstvím uhlíku se obsah reakčně slinutého karbidu křemíku postupně zvyšuje, velikost částic karbidu křemíku se zvětšuje a karbidy křemíku jsou vzájemně propojeny do kostry. Nadměrný obsah uhlíku však může snadno vést ke zbytkovému uhlíku ve slinutém tělese. Pokud se obsah sazí dále zvýší na 3a, slinování vzorku je neúplné a uvnitř se objevují černé „mezivrstvy“.
Když uhlík reaguje s roztaveným křemíkem, jeho objemová expanze je 234 %, což činí mikrostrukturu reakčně slinutého karbidu křemíku úzce spojenou s obsahem uhlíku v ingotu. Pokud je obsah uhlíku v ingotu malý, karbid křemíku vytvořený reakcí křemík-uhlík nestačí k vyplnění pórů kolem uhlíkového prášku, což vede k velkému množství volného křemíku ve vzorku. Se zvyšujícím se obsahem uhlíku v ingotu může reakčně slinutý karbid křemíku plně vyplnit póry kolem uhlíkového prášku a spojit původní karbid křemíku dohromady. V tomto okamžiku se obsah volného křemíku ve vzorku snižuje a hustota slinutého tělesa se zvyšuje. Pokud je však v ingotu více uhlíku, sekundární karbid křemíku vytvořený reakcí mezi uhlíkem a křemíkem rychle obklopuje toner, což ztěžuje kontakt roztaveného křemíku s tonerem, což vede ke zbytkovému uhlíku ve slinutém tělese.
Podle výsledků XRD je fázové složení reakčně slinutého křemíku α-SiC, β-SiC a volný křemík.
V procesu vysokoteplotního reakčního spékání migrují atomy uhlíku na povrchu SiC do počátečního stavu β-SiC v důsledku sekundární tvorby roztaveného křemíku α. Vzhledem k tomu, že reakce křemík-uhlík je typickou exotermickou reakcí s velkým množstvím reakčního tepla, rychlé ochlazení po krátké době spontánní vysokoteplotní reakce zvyšuje nasycení uhlíku rozpuštěného v kapalném křemíku, takže částice β-SiC se vysrážejí ve formě uhlíku, čímž se zlepšují mechanické vlastnosti materiálu. Sekundární zjemnění zrn β-SiC je proto prospěšné pro zlepšení pevnosti v ohybu. V kompozitním systému Si-SiC se obsah volného křemíku v materiálu snižuje se zvyšujícím se obsahem uhlíku v surovině.
Závěr:
(1) Viskozita připravené reaktivní slinovací suspenze se zvyšuje se zvyšujícím se množstvím sazí; hodnota pH je alkalická a postupně se zvyšuje.
(2) S rostoucím obsahem uhlíku v tělese se hustota a pevnost v ohybu reakčně slinuté keramiky vyrobené lisovací metodou nejprve zvyšovaly a poté snižovaly. Pokud je množství sazí 2,5krát větší než původní množství, je tříbodová pevnost v ohybu a objemová hustota surového polotovaru po reakčním slinování velmi vysoká a činí 227,5 MPa a 3,093 g/cm3.
(3) Při slinování tělesa s příliš velkým množstvím uhlíku se v něm objeví trhliny a černé „sendvičové“ oblasti. Důvodem praskání je, že plynný oxid křemičitý, který vzniká při reakčním slinování, se obtížně uvolňuje, postupně se hromadí, tlak stoupá a jeho zvedací účinek vede k praskání polotovaru. V černé „sendvičové“ oblasti uvnitř slinovaného tělesa se nachází velké množství uhlíku, které se do reakce nepodílí.
Čas zveřejnění: 10. července 2023