El contenido de carbono de cada muestra sinterizada fracturada es diferente, con un contenido de carbono de A-2,5 % en peso en este rango, formando un material denso con casi ningún poro, que está compuesto por partículas de carburo de silicio distribuidas uniformemente y silicio libre. Con el aumento de la adición de carbono, el contenido de carburo de silicio sinterizado por reacción aumenta gradualmente, el tamaño de partícula del carburo de silicio aumenta y el carburo de silicio se conecta entre sí formando una estructura esquelética. Sin embargo, un contenido excesivo de carbono puede fácilmente provocar carbono residual en el cuerpo sinterizado. Cuando el negro de humo se incrementa aún más a 3a, la sinterización de la muestra es incompleta y aparecen "intercapas" negras en el interior.
Cuando el carbono reacciona con el silicio fundido, su tasa de expansión volumétrica es del 234%, lo que hace que la microestructura del carburo de silicio sinterizado por reacción esté estrechamente relacionada con el contenido de carbono en el lingote. Cuando el contenido de carbono en el lingote es bajo, el carburo de silicio generado por la reacción silicio-carbono no es suficiente para llenar los poros alrededor del polvo de carbono, lo que resulta en una gran cantidad de silicio libre en la muestra. Con el aumento del contenido de carbono en el lingote, el carburo de silicio sinterizado por reacción puede llenar completamente los poros alrededor del polvo de carbono y unir el carburo de silicio original. En este momento, el contenido de silicio libre en la muestra disminuye y la densidad del cuerpo sinterizado aumenta. Sin embargo, cuando hay más carbono en el lingote, el carburo de silicio secundario generado por la reacción entre el carbono y el silicio rodea rápidamente el tóner, lo que dificulta el contacto del silicio fundido con el tóner, lo que resulta en carbono residual en el cuerpo sinterizado.
Según los resultados de XRD, la composición de fases del SiC sinterizado por reacción es α-SiC, β-SiC y silicio libre.
En el proceso de sinterización por reacción a alta temperatura, los átomos de carbono migran al estado inicial en la superficie de SiC β-SiC mediante la formación secundaria de silicio α. Dado que la reacción silicio-carbono es una reacción exotérmica típica con una gran cantidad de calor de reacción, el enfriamiento rápido después de un corto período de reacción espontánea a alta temperatura aumenta la susaturación de carbono disuelto en silicio líquido, de modo que las partículas de β-SiC precipitan en forma de carbono, mejorando así las propiedades mecánicas del material. Por lo tanto, el refinamiento del grano secundario de β-SiC es beneficioso para mejorar la resistencia a la flexión. En el sistema compuesto Si-SiC, el contenido de silicio libre en el material disminuye con el aumento del contenido de carbono en la materia prima.
Conclusión:
(1) La viscosidad de la suspensión de sinterización reactiva preparada aumenta con el aumento de la cantidad de negro de humo; el valor de pH es alcalino y aumenta gradualmente.
(2) Con el aumento del contenido de carbono en el cuerpo, la densidad y la resistencia a la flexión de las cerámicas sinterizadas por reacción preparadas mediante el método de prensado primero aumentaron y luego disminuyeron. Cuando la cantidad de negro de humo es 2,5 veces la cantidad inicial, la resistencia a la flexión de tres puntos y la densidad aparente del lingote verde después de la sinterización por reacción son muy altas, que son 227,5 mpa y 3,093 g/cm3, respectivamente.
(3) Cuando se sinteriza un cuerpo con un exceso de carbono, aparecen grietas y zonas negras tipo "sándwich". Esto se debe a que el óxido de silicio gaseoso generado durante la sinterización no se libera fácilmente, se acumula gradualmente, aumenta la presión y, como consecuencia, se produce el agrietamiento del lingote. En la zona negra tipo "sándwich" dentro del sinterizado, hay una gran cantidad de carbono que no participa en la reacción.
Fecha de publicación: 10 de julio de 2023