Zawartość węgla w każdym spieku jest inna, przy czym zawartość węgla w tym zakresie wynosi A-2,5% wag., tworząc gęsty materiał niemal bez porów, składający się z równomiernie rozłożonych cząstek węglika krzemu i wolnego krzemu. Wraz ze wzrostem dodatku węgla, zawartość węglika krzemu spiekanego reakcyjnie stopniowo wzrasta, rozmiar cząstek węglika krzemu wzrasta, a węglik krzemu łączy się ze sobą, tworząc szkielet. Jednak nadmierna zawartość węgla może łatwo prowadzić do pozostałości węgla w spieku. Po dalszym zwiększeniu zawartości sadzy do 3a, spiekanie próbki jest niepełne, a wewnątrz pojawiają się czarne „warstwy pośrednie”.
Gdy węgiel reaguje ze stopionym krzemem, jego współczynnik rozszerzalności objętościowej wynosi 234%, co sprawia, że mikrostruktura węglika krzemu spiekanego reakcyjnie jest ściśle związana z zawartością węgla we wsadku. Gdy zawartość węgla we wsadku jest mała, węglik krzemu wytwarzany w wyniku reakcji krzem-węgiel nie jest wystarczający, aby wypełnić pory wokół proszku węglowego, co powoduje dużą ilość wolnego krzemu w próbce. Wraz ze wzrostem zawartości węgla we wsadku, węglik krzemu spiekany reakcyjnie może całkowicie wypełnić pory wokół proszku węglowego i połączyć pierwotny węglik krzemu. W tym momencie zawartość wolnego krzemu w próbce maleje, a gęstość spiekanej bryły wzrasta. Jednakże, gdy we wsadku jest więcej węgla, wtórny węglik krzemu wytwarzany w wyniku reakcji węgla z krzemem szybko otacza toner, utrudniając kontakt stopionego krzemu z tonerem, co powoduje powstawanie resztkowego węgla w spiekanej bryle.
Zgodnie z wynikami XRD, skład fazowy krzemu spiekanego reakcyjnie to α-SiC, β-SiC i wolny krzem.
W procesie wysokotemperaturowego spiekania reakcyjnego atomy węgla migrują do stanu początkowego na powierzchni SiC, β-SiC, poprzez wtórne formowanie α-roztopionego krzemu. Ponieważ reakcja krzem-węgiel jest typową reakcją egzotermiczną z dużą ilością ciepła reakcji, szybkie chłodzenie po krótkim okresie spontanicznej reakcji wysokotemperaturowej zwiększa nasycenie węgla rozpuszczonego w ciekłym krzemie, tak że cząstki β-SiC wytrącają się w postaci węgla, poprawiając tym samym właściwości mechaniczne materiału. Dlatego wtórne rozdrobnienie ziarna β-SiC korzystnie wpływa na poprawę wytrzymałości na zginanie. W układzie kompozytowym Si-SiC zawartość wolnego krzemu w materiale maleje wraz ze wzrostem zawartości węgla w surowcu.
Wniosek:
(1) Lepkość przygotowanej reaktywnej zawiesiny spiekanej wzrasta wraz ze wzrostem ilości sadzy; wartość pH jest zasadowa i stopniowo wzrasta.
(2) Wraz ze wzrostem zawartości węgla w bryle, gęstość i wytrzymałość na zginanie ceramiki spiekanej reakcyjnie, przygotowanej metodą prasowania, najpierw wzrosły, a następnie spadły. Gdy ilość sadzy jest 2,5 razy większa od początkowej, wytrzymałość na zginanie w trzech punktach i gęstość nasypowa surowego wlewka po spiekaniu reakcyjnym są bardzo wysokie i wynoszą odpowiednio 227,5 MPa i 3,093 g/cm³.
(3) Podczas spiekania bryły o zbyt dużej zawartości węgla, w jej wnętrzu pojawiają się pęknięcia i czarne obszary „kanapkowe”. Przyczyną pękania jest to, że gazowy tlenek krzemu powstający w procesie spiekania reakcyjnego jest trudny do usunięcia, stopniowo się kumuluje, a ciśnienie rośnie, co prowadzi do pękania wlewka. W czarnej „kanapkowej” strefie wewnątrz spieku znajduje się duża ilość węgla, który nie bierze udziału w reakcji.
Czas publikacji: 10 lipca 2023 r.