Het koolstofgehalte van elk gesinterd monster verschilt, met een koolstofgehalte van A-2,5 gew.% in dit bereik. Dit resulteert in een dicht materiaal met vrijwel geen poriën, dat is samengesteld uit gelijkmatig verdeelde siliciumcarbidedeeltjes en vrij silicium. Met de toename van de koolstoftoevoeging neemt het gehalte aan reactiegesinterd siliciumcarbide geleidelijk toe, neemt de deeltjesgrootte van het siliciumcarbide toe en verbinden de siliciumcarbiden zich met elkaar in een skeletstructuur. Een te hoog koolstofgehalte kan echter gemakkelijk leiden tot restkoolstof in het gesinterde materiaal. Wanneer de hoeveelheid roet verder wordt verhoogd tot 3a, is het sinteren van het monster onvolledig en verschijnen er zwarte "tussenlagen" aan de binnenkant.
Wanneer koolstof reageert met gesmolten silicium, bedraagt de volumetoename 234%. Hierdoor is de microstructuur van reactiegesinterd siliciumcarbide nauw verbonden met het koolstofgehalte in het werkstuk. Bij een laag koolstofgehalte is het siliciumcarbide dat ontstaat door de silicium-koolstofreactie onvoldoende om de poriën rond het koolstofpoeder te vullen, wat resulteert in een grote hoeveelheid vrij silicium in het monster. Naarmate het koolstofgehalte in het werkstuk toeneemt, kan het reactiegesinterde siliciumcarbide de poriën rond het koolstofpoeder volledig vullen en het oorspronkelijke siliciumcarbide met elkaar verbinden. Hierdoor neemt het gehalte aan vrij silicium in het monster af en neemt de dichtheid van het gesinterde materiaal toe. Bij een hoger koolstofgehalte in het werkstuk omringt het secundaire siliciumcarbide dat ontstaat door de reactie tussen koolstof en silicium de toner echter snel. Dit maakt het voor het gesmolten silicium moeilijk om in contact te komen met de toner, waardoor er restkoolstof in het gesinterde materiaal achterblijft.
Volgens de XRD-resultaten bestaat de fasecompositie van reactiegesinterd SiC uit α-SiC, β-SiC en vrij silicium.
Tijdens het sinteren bij hoge temperatuur migreren koolstofatomen naar de oorspronkelijke toestand op het SiC-oppervlak (β-SiC) door de vorming van secundaire α-SiC-lagen in gesmolten silicium. Omdat de silicium-koolstofreactie een typische exotherme reactie is met een grote hoeveelheid reactiewarmte, zorgt snelle afkoeling na een korte periode van spontane reactie bij hoge temperatuur voor een verhoogde verzadiging van de in vloeibaar silicium opgeloste koolstof. Hierdoor precipiteren de β-SiC-deeltjes in de vorm van koolstof, wat de mechanische eigenschappen van het materiaal verbetert. De verfijning van de secundaire β-SiC-korrels is daarom gunstig voor de verbetering van de buigsterkte. In het Si-SiC-composietsysteem neemt het gehalte aan vrij silicium in het materiaal af naarmate het koolstofgehalte in de grondstof toeneemt.
Conclusie:
(1) De viscositeit van de bereide reactieve sintersuspensie neemt toe met de toename van de hoeveelheid roet; de pH-waarde is alkalisch en neemt geleidelijk toe.
(2) Met de toename van het koolstofgehalte in het materiaal namen de dichtheid en de buigsterkte van de reactiegesinterde keramiek, bereid met de persmethode, eerst toe en vervolgens af. Wanneer de hoeveelheid roet 2,5 keer zo groot is als de oorspronkelijke hoeveelheid, zijn de driepuntsbuigsterkte en de bulkdichtheid van de groene staaf na reactiesinteren zeer hoog, namelijk respectievelijk 227,5 MPa en 3,093 g/cm³.
(3) Wanneer het materiaal met te veel koolstof wordt gesinterd, ontstaan er scheuren en zwarte ‘sandwich’-gebieden in het materiaal. De reden voor de scheurvorming is dat het siliciumoxidegas dat tijdens het reactiesinterproces ontstaat, niet gemakkelijk kan worden afgevoerd, zich geleidelijk ophoopt, de druk stijgt en het opwaartse effect ervan leidt tot het scheuren van het materiaal. In het zwarte ‘sandwich’-gebied in het sintermateriaal bevindt zich een grote hoeveelheid koolstof die niet bij de reactie betrokken is.
Geplaatst op: 10 juli 2023