소결 시편 파단면의 탄소 함량은 각각 다르며, 탄소 함량이 A~2.5 awt.% 범위에 있을 때, 균일하게 분포된 탄화규소 입자와 유리규소로 구성된 기공이 거의 없는 치밀한 재료가 형성됩니다. 탄소 첨가량이 증가함에 따라 반응 소결된 탄화규소의 함량이 점차 증가하고, 탄화규소 입자의 크기가 커지며, 탄화규소들이 골격 구조로 서로 연결됩니다. 그러나 탄소 함량이 과도하면 소결체 내에 잔류 탄소가 쉽게 발생할 수 있습니다. 카본 블랙 첨가량이 3a까지 더 증가하면 시편의 소결이 불완전해지고 내부에 검은색 "층상 구조"가 나타납니다.
탄소가 용융 실리콘과 반응할 때 부피 팽창률은 234%에 달하므로, 반응 소결된 탄화규소의 미세구조는 빌릿의 탄소 함량과 밀접한 관련이 있습니다. 빌릿의 탄소 함량이 낮으면 실리콘-탄소 반응으로 생성된 탄화규소가 탄소 분말 주변의 기공을 충분히 채우지 못하여 시료에 유리 실리콘이 다량 남게 됩니다. 빌릿의 탄소 함량이 증가함에 따라 반응 소결된 탄화규소는 탄소 분말 주변의 기공을 완전히 채우고 기존의 탄화규소들을 서로 연결할 수 있게 됩니다. 이때 시료의 유리 실리콘 함량은 감소하고 소결체의 밀도는 증가합니다. 그러나 빌릿에 탄소가 너무 많으면 탄소와 실리콘의 반응으로 생성된 2차 탄화규소가 토너를 빠르게 둘러싸 용융 실리콘이 토너와 접촉하기 어렵게 되어 소결체에 잔류 탄소가 남게 됩니다.
XRD 분석 결과에 따르면 반응 소결된 SiC의 상 조성은 α-SiC, β-SiC 및 유리 실리콘으로 구성되어 있다.
고온 반응 소결 과정에서 탄소 원자는 용융된 실리콘 α-이차 형성에 의해 SiC 표면의 초기 상태인 β-SiC로 이동합니다. 실리콘-탄소 반응은 반응열이 많이 발생하는 전형적인 발열 반응이므로, 자발적인 고온 반응 후 짧은 시간 내에 급속 냉각하면 액체 실리콘에 용해된 탄소의 포화도가 증가하여 β-SiC 입자가 탄소 형태로 석출되고, 이로 인해 재료의 기계적 특성이 향상됩니다. 따라서 β-SiC 이차 결정립 미세화는 굽힘 강도 향상에 도움이 됩니다. Si-SiC 복합 시스템에서 재료 내 자유 실리콘 함량은 원료의 탄소 함량이 증가함에 따라 감소합니다.
결론:
(1) 제조된 반응성 소결 슬러리의 점도는 카본 블랙의 양이 증가함에 따라 증가한다. pH 값은 알칼리성이며 점차 증가한다.
(2) 본체 내 탄소 함량이 증가함에 따라 프레스법으로 제조된 반응소결 세라믹의 밀도와 굽힘 강도는 처음에는 증가하다가 감소한다. 탄소 블랙의 양이 초기량의 2.5배일 때 반응소결 후 그린빌릿의 3점 굽힘 강도와 부피 밀도는 각각 227.5mpa와 3.093g/cm3로 매우 높다.
(3) 탄소 함량이 과다한 물체를 소결할 경우, 물체 내부에 균열과 검은색 "샌드위치" 영역이 나타납니다. 균열의 원인은 반응 소결 과정에서 생성된 산화규소 가스가 쉽게 배출되지 않고 점차 축적되어 압력이 상승하고, 이로 인한 압력 상승 효과로 인해 빌릿에 균열이 발생하기 때문입니다. 소결체 내부의 검은색 "샌드위치" 영역에는 반응에 참여하지 않은 다량의 탄소가 존재합니다.
게시 시간: 2023년 7월 10일