焼結試料の破断面の炭素含有量はそれぞれ異なり、この範囲では炭素含有量がA-2.5 awt.%で、ほぼ気孔のない緻密な材料が形成され、均一に分布した炭化ケイ素粒子と遊離ケイ素から構成されています。炭素添加量の増加に伴い、反応焼結炭化ケイ素の含有量が徐々に増加し、炭化ケイ素の粒子サイズが大きくなり、炭化ケイ素が骨格状に互いに連結します。しかし、炭素含有量が過剰になると、焼結体に残留炭素が生じやすくなります。カーボンブラックをさらに3aまで増加させると、試料の焼結が不完全になり、内部に黒い「中間層」が現れます。
炭素が溶融シリコンと反応すると、体積膨張率は234%となり、反応焼結された炭化ケイ素の微細構造は、ビレット中の炭素含有量と密接に関係します。ビレット中の炭素含有量が少ない場合、シリコンと炭素の反応によって生成される炭化ケイ素は、炭素粉末の周囲の細孔を埋めるのに十分ではなく、サンプル中に大量の遊離シリコンが残ります。ビレット中の炭素含有量が増加すると、反応焼結された炭化ケイ素は炭素粉末の周囲の細孔を完全に埋め、元の炭化ケイ素同士を結合させることができます。このとき、サンプル中の遊離シリコンの含有量は減少し、焼結体の密度は増加します。しかし、ビレット中の炭素量が多い場合、炭素とシリコンの反応によって生成される二次炭化ケイ素がトナーを急速に取り囲み、溶融シリコンがトナーに接触しにくくなるため、焼結体中に残留炭素が残ります。
X線回折の結果によると、反応焼結されたSiCの相組成はα-SiC、β-SiC、および遊離シリコンである。
高温反応焼結の過程で、炭素原子は溶融シリコンα二次形成によりSiC表面β-SiCの初期状態へと移動する。シリコン-炭素反応は反応熱量の多い典型的な発熱反応であるため、短時間の自発的な高温反応後の急速冷却により、液体シリコンに溶解した炭素の飽和度が高まり、β-SiC粒子が炭素の形で析出し、材料の機械的特性が向上する。したがって、二次β-SiC結晶粒の微細化は曲げ強度の向上に有益である。Si-SiC複合材料系では、原料中の炭素含有量の増加に伴い、材料中の遊離シリコン含有量が減少する。
結論：
（１）調製した反応焼結スラリーの粘度はカーボンブラックの量の増加とともに増加し、pH値はアルカリ性で徐々に増加する。
（２）成形体の炭素含有量が増加すると、プレス法で製造した反応焼結セラミックスの密度と曲げ強度は、最初は増加し、その後減少した。カーボンブラックの量が初期量の２.5倍の場合、反応焼結後のグリーンビレットの三点曲げ強度と嵩密度は非常に高く、それぞれ２２７.５MPaと３.093g/cm³であった。
（３）炭素含有量が多すぎる焼結体を焼結すると、焼結体に亀裂や黒い「サンドイッチ」状の領域が現れます。亀裂の原因は、反応焼結の過程で発生した酸化ケイ素ガスが排出されにくく、徐々に蓄積され、圧力が上昇し、そのジャッキ効果によってビレットに亀裂が生じるためです。焼結体内部の黒い「サンドイッチ」状の領域には、反応に関与していない炭素が大量に存在します。
投稿日時：2023年7月10日