Kunkin sintratun näytteen murtuman hiilipitoisuus on erilainen, ja hiilipitoisuus on tällä alueella A-2,5 painoprosenttia, mikä muodostaa tiheän materiaalin, jossa ei ole juurikaan huokosia ja joka koostuu tasaisesti jakautuneista piikarbidihiukkasista ja vapaasta piistä. Hiilen lisäyksen myötä reaktiosintratun piikarbidin pitoisuus kasvaa vähitellen, piikarbidin hiukkaskoko kasvaa ja piikarbidit muodostavat toisiinsa luurangon muodon. Liiallinen hiilipitoisuus voi kuitenkin helposti johtaa jäännöshiileen sintrattuun kappaleeseen. Kun hiilimustan määrää lisätään edelleen arvoon 3a, näytteen sintrautuminen on epätäydellistä ja sisään ilmestyy mustia "välikerroksia".
Kun hiili reagoi sulan piin kanssa, sen tilavuuden laajenemisnopeus on 234 %, mikä tekee reaktiosintratun piikarbidin mikrorakenteesta läheisen sidoksen aihion hiilipitoisuuteen. Kun aihion hiilipitoisuus on pieni, pii-hiilireaktiossa syntyvä piikarbidi ei riitä täyttämään hiilijauheen ympärillä olevia huokosia, mikä johtaa suureen määrään vapaata piitä näytteessä. Aihion hiilipitoisuuden kasvaessa reaktiosintrattu piikarbidi voi täyttää hiilijauheen ympärillä olevat huokoset kokonaan ja yhdistää alkuperäisen piikarbidin toisiinsa. Tällöin näytteen vapaan piin pitoisuus pienenee ja sintratun kappaleen tiheys kasvaa. Kuitenkin, kun aihiossa on enemmän hiiltä, hiilen ja piin välisen reaktion kautta syntyvä sekundäärinen piikarbidi ympäröi nopeasti väriainetta, mikä vaikeuttaa sulan piin ja väriaineen kosketusta, mikä johtaa jäännöshiileen sintrattuun kappaleeseen.
XRD-tulosten mukaan reaktiosintratun sic:n faasikoostumus on α-SiC, β-SiC ja vapaa pii.
Korkean lämpötilan reaktiosintrauksessa hiiliatomit siirtyvät piikarbidin pinnalle β-SiC:n alkutilaan sulan piin α-sekundäärisen muodostumisen kautta. Koska pii-hiilireaktio on tyypillinen eksoterminen reaktio, jossa syntyy paljon reaktiolämpöä, nopea jäähdytys lyhyen spontaanin korkean lämpötilan reaktion jälkeen lisää nestemäiseen piihin liuenneen hiilen kyllästymistä, jolloin β-SiC-hiukkaset saostuvat hiilen muodossa, mikä parantaa materiaalin mekaanisia ominaisuuksia. Siksi sekundaarinen β-SiC-raekoon hienontaminen on hyödyllistä taivutuslujuuden parantamiseksi. Si-SiC-komposiittijärjestelmässä vapaan piin pitoisuus materiaalissa pienenee raaka-aineen hiilipitoisuuden kasvaessa.
Johtopäätös:
(1) Valmistetun reaktiivisen sintrauslietteen viskositeetti kasvaa hiilimustan määrän kasvaessa; pH-arvo on emäksinen ja kasvaa vähitellen.
(2) Hiilipitoisuuden kasvaessa reaktiosintrausmenetelmällä valmistetun keraamin tiheys ja taivutuslujuus ensin kasvoivat ja sitten laskivat. Kun hiilimustan määrä on 2,5 kertaa alkuperäisestä määrästä, reaktiosintrauksen jälkeen valmistetun aihion kolmen pisteen taivutuslujuus ja tiheys ovat erittäin korkeat, 227,5 MPa ja 3,093 g/cm3.
(3) Kun sintrataan liikaa hiiltä sisältävää kappaletta, kappaleeseen ilmestyy halkeamia ja mustia "voileipä"-alueita. Halkeilun syynä on se, että reaktiosintrauksessa syntyvä piioksidikaasu ei poistu helposti, vaan se kertyy vähitellen, paine nousee ja sen nostovaikutus johtaa aihion halkeiluun. Sintrauksen sisällä olevassa mustassa "voileipä"-alueella on suuri määrä reaktioon osallistumatonta hiiltä.
Julkaisun aika: 10.7.2023