अभिक्रिया-संरचित सिलिकॉन कार्बाइड की सूक्ष्म संरचना पर कार्बन की मात्रा का प्रभाव

प्रत्येक सिंटर्ड नमूने के फ्रैक्चर में कार्बन की मात्रा अलग-अलग होती है, इस सीमा में कार्बन की मात्रा A-2.5 awt.% होती है, जिससे लगभग बिना छिद्रों वाला एक सघन पदार्थ बनता है, जो समान रूप से वितरित सिलिकॉन कार्बाइड कणों और मुक्त सिलिकॉन से बना होता है। कार्बन की मात्रा बढ़ने के साथ, प्रतिक्रिया-सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड की मात्रा धीरे-धीरे बढ़ती है, सिलिकॉन कार्बाइड के कणों का आकार बढ़ता है, और सिलिकॉन कार्बाइड एक कंकाल के आकार में एक दूसरे से जुड़ जाते हैं। हालांकि, कार्बन की अत्यधिक मात्रा सिंटर्ड बॉडी में अवशिष्ट कार्बन का कारण बन सकती है। जब कार्बन ब्लैक की मात्रा 3a तक बढ़ाई जाती है, तो नमूने का सिंटरिंग अधूरा रह जाता है, और अंदर काले "इंटरलेयर" दिखाई देने लगते हैं।

जब कार्बन पिघले हुए सिलिकॉन के साथ अभिक्रिया करता है, तो इसकी आयतन वृद्धि दर 234% होती है, जिससे अभिक्रिया-सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड की सूक्ष्म संरचना बिलेट में कार्बन की मात्रा से निकटता से संबंधित हो जाती है। जब बिलेट में कार्बन की मात्रा कम होती है, तो सिलिकॉन-कार्बन अभिक्रिया से उत्पन्न सिलिकॉन कार्बाइड कार्बन पाउडर के आसपास के छिद्रों को भरने के लिए पर्याप्त नहीं होता है, जिसके परिणामस्वरूप नमूने में बड़ी मात्रा में मुक्त सिलिकॉन मौजूद होता है। बिलेट में कार्बन की मात्रा बढ़ने के साथ, अभिक्रिया-सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड कार्बन पाउडर के आसपास के छिद्रों को पूरी तरह से भर सकता है और मूल सिलिकॉन कार्बाइड को आपस में जोड़ सकता है। इस समय, नमूने में मुक्त सिलिकॉन की मात्रा कम हो जाती है और सिंटर्ड पदार्थ का घनत्व बढ़ जाता है। हालांकि, जब बिलेट में कार्बन की मात्रा अधिक होती है, तो कार्बन और सिलिकॉन के बीच अभिक्रिया से उत्पन्न द्वितीयक सिलिकॉन कार्बाइड तेजी से टोनर को घेर लेता है, जिससे पिघले हुए सिलिकॉन का टोनर के साथ संपर्क करना मुश्किल हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सिंटर्ड पदार्थ में अवशिष्ट कार्बन रह जाता है।

एक्सआरडी परिणामों के अनुसार, अभिक्रिया-संरचित सिलिकॉन की चरण संरचना α-SiC, β-SiC और मुक्त सिलिकॉन है।

उच्च तापमान अभिक्रिया सिंटरिंग की प्रक्रिया में, पिघले हुए सिलिकॉन से द्वितीयक α-SiC कण बनने के कारण कार्बन परमाणु SiC सतह पर स्थित β-SiC की प्रारंभिक अवस्था में स्थानांतरित हो जाते हैं। चूंकि सिलिकॉन-कार्बन अभिक्रिया एक विशिष्ट ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया है जिसमें अत्यधिक ऊष्मा उत्पन्न होती है, इसलिए थोड़े समय की स्वतःस्फूर्त उच्च तापमान अभिक्रिया के बाद तीव्र शीतलन से तरल सिलिकॉन में घुले कार्बन की संतृप्ति बढ़ जाती है, जिससे β-SiC कण कार्बन के रूप में अवक्षेपित हो जाते हैं और इस प्रकार पदार्थ के यांत्रिक गुणों में सुधार होता है। अतः, द्वितीयक β-SiC कणों का परिष्करण बेंडिंग स्ट्रेंथ में सुधार के लिए लाभकारी है। Si-SiC मिश्रित प्रणाली में, कच्चे माल में कार्बन की मात्रा बढ़ने के साथ पदार्थ में मुक्त सिलिकॉन की मात्रा कम हो जाती है।

निष्कर्ष:

(1) तैयार प्रतिक्रियाशील सिंटरिंग घोल की श्यानता कार्बन ब्लैक की मात्रा में वृद्धि के साथ बढ़ती है; पीएच मान क्षारीय है और धीरे-धीरे बढ़ता है।

(2) शरीर में कार्बन की मात्रा बढ़ने के साथ, प्रेसिंग विधि द्वारा तैयार की गई अभिक्रिया-सिंटर्ड सिरेमिक की घनत्व और बेंडिंग सामर्थ्य पहले बढ़ती है और फिर घटती है। जब कार्बन ब्लैक की मात्रा प्रारंभिक मात्रा से 2.5 गुना होती है, तो अभिक्रिया सिंटरिंग के बाद ग्रीन बिलेट की त्रि-बिंदु बेंडिंग सामर्थ्य और थोक घनत्व बहुत अधिक होते हैं, जो क्रमशः 227.5 एमपीए और 3.093 ग्राम/सेमी³ होते हैं।

(3) जब अत्यधिक कार्बन युक्त पिंड का सिंटरिंग किया जाता है, तो पिंड के भीतर दरारें और काले "सैंडविच" क्षेत्र दिखाई देते हैं। दरार पड़ने का कारण यह है कि अभिक्रिया सिंटरिंग की प्रक्रिया में उत्पन्न सिलिकॉन ऑक्साइड गैस आसानी से बाहर नहीं निकल पाती, धीरे-धीरे जमा हो जाती है, दबाव बढ़ जाता है, और इसके उत्थापन प्रभाव से पिंड में दरारें पड़ जाती हैं। सिंटर के भीतर के काले "सैंडविच" क्षेत्र में बड़ी मात्रा में कार्बन होता है जो अभिक्रिया में शामिल नहीं होता है।