השפעת תכולת הפחמן על המיקרו-מבנה של סיליקון קרביד מסונטר בתגובה

תכולת הפחמן של כל שבר בדגימה מסונטרת שונה, עם תכולת פחמן של A-2.5% משקלי בטווח זה, ויוצרת חומר צפוף כמעט ללא נקבוביות, המורכב מחלקיקי סיליקון קרביד המפוזרים באופן אחיד וסיליקון חופשי. עם העלייה בתוספת הפחמן, תכולת הסיליקון קרביד המסונטר בתגובה עולה בהדרגה, גודל החלקיקים של הסיליקון קרביד עולה, והסיליקון קרביד מחובר זה לזה בצורת שלד. עם זאת, תכולת פחמן עודפת עלולה להוביל בקלות לפחמן שיורי בגוף המסונטר. כאשר הפחמן השחור גדל עוד יותר ל-3a, סינטור הדגימה אינו שלם, ו"שכבות ביניים" שחורות מופיעות בפנים.

כאשר פחמן מגיב עם סיליקון מותך, קצב התפשטות הנפח שלו הוא 234%, מה שהופך את המיקרו-מבנה של סיליקון קרביד מסונטר בתגובה לקשור באופן הדוק לתכולת הפחמן בבילט. כאשר תכולת הפחמן בבילט קטנה, הסיליקון קרביד שנוצר בתגובת הסיליקון-פחמן אינו מספיק כדי למלא את הנקבוביות סביב אבקת הפחמן, וכתוצאה מכך נוצרת כמות גדולה של סיליקון חופשי בדגימה. עם העלייה בתכולת הפחמן בבילט, סיליקון קרביד מסונטר בתגובה יכול למלא במלואו את הנקבוביות סביב אבקת הפחמן ולחבר את הסיליקון קרביד המקורי יחד. בשלב זה, תכולת הסיליקון החופשי בדגימה פוחתת וצפיפות הגוף המסונטר עולה. עם זאת, כאשר יש יותר פחמן בבילט, הסיליקון קרביד המשני שנוצר בתגובה בין פחמן לסיליקון מקיף במהירות את הטונר, מה שמקשה על הסיליקון המותך להגיע לטונר, וכתוצאה מכך נשאר פחמן שיורי בגוף המסונטר.

על פי תוצאות ה-XRD, הרכב הפאזה של סיליקון מסונטר בתגובה הוא α-SiC, β-SiC וסיליקון חופשי.

בתהליך סינטור בטמפרטורה גבוהה, אטומי פחמן נודדים למצבם ההתחלתי על פני השטח של סיליקון מותך (β-SiC). על ידי היווצרות סיליקון-פחמן α-משנית. מאחר שתגובת סיליקון-פחמן היא תגובה אקסותרמית אופיינית עם כמות גדולה של חום תגובה, קירור מהיר לאחר תקופה קצרה של תגובה ספונטנית בטמפרטורה גבוהה מגביר את רוויון הפחמן המומס בסיליקון הנוזלי, כך שחלקיקי β-SiC שוקעים בצורת פחמן, ובכך משפרים את התכונות המכניות של החומר. לכן, עידון גרגירי β-SiC משני מועיל לשיפור חוזק הכיפוף. במערכת המרוכבת Si-SiC, תכולת הסיליקון החופשי בחומר יורדת עם העלייה בתכולת הפחמן בחומר הגלם.

מַסְקָנָה:

(1) צמיגות תרחיף הסינטר הריאקטיבי שהוכן עולה עם העלייה בכמות הפחמן השחור; ערך ה-pH הוא בסיסי ועולה בהדרגה.

(2) עם העלייה בתכולת הפחמן בגוף, הצפיפות וחוזק הכיפוף של הקרמיקה המסונטרת בתגובה שהוכנה בשיטת הכבישה עולים תחילה ולאחר מכן יורדים. כאשר כמות הפחמן השחור גדולה פי 2.5 מהכמות ההתחלתית, חוזק הכיפוף בשלוש נקודות וצפיפות הנפח של הביל הירוק לאחר סינטור בתגובה גבוהים מאוד, שהם 227.5 מגה פסקל ו-3.093 גרם/סמ"ק, בהתאמה.

(3) כאשר גוף המכיל יותר מדי פחמן עובר סינטור, יופיעו סדקים ואזורי "סנדוויץ'" שחורים בגוף. הסיבה לסדקים היא שגז תחמוצת הסיליקון הנוצר בתהליך הסינטור התגובה אינו נפלט בקלות, מצטבר בהדרגה, הלחץ עולה, ואפקט ההדחה שלו מוביל לסדיקה של הביל. באזור ה"סנדוויץ'" השחור בתוך הסינטר, יש כמות גדולה של פחמן שאינו מעורב בתגובה.