O teor de carbono em cada fratura da amostra sinterizada varia, com um teor de carbono de A-2,5% em peso, formando um material denso com quase nenhum poro, composto por partículas de carbeto de silício uniformemente distribuídas e silício livre. Com o aumento da adição de carbono, o teor de carbeto de silício sinterizado por reação aumenta gradualmente, o tamanho das partículas de carbeto de silício aumenta e o carbeto de silício se conecta em uma estrutura esqueletal. No entanto, um teor excessivo de carbono pode facilmente levar à presença de carbono residual no corpo sinterizado. Quando o teor de negro de fumo é aumentado para 3a, a sinterização da amostra torna-se incompleta e aparecem "camadas" pretas no interior.
Quando o carbono reage com o silício fundido, sua taxa de expansão volumétrica é de 234%, o que faz com que a microestrutura do carbeto de silício sinterizado por reação esteja intimamente relacionada ao teor de carbono no tarugo. Quando o teor de carbono no tarugo é baixo, o carbeto de silício gerado pela reação silício-carbono não é suficiente para preencher os poros ao redor do pó de carbono, resultando em uma grande quantidade de silício livre na amostra. Com o aumento do teor de carbono no tarugo, o carbeto de silício sinterizado por reação consegue preencher completamente os poros ao redor do pó de carbono e conectar o carbeto de silício original. Nesse caso, o teor de silício livre na amostra diminui e a densidade do corpo sinterizado aumenta. No entanto, quando há mais carbono no tarugo, o carbeto de silício secundário gerado pela reação entre o carbono e o silício envolve rapidamente o toner, dificultando o contato do silício fundido com o toner, resultando em carbono residual no corpo sinterizado.
De acordo com os resultados de difração de raios X (DRX), a composição de fases do SiC sinterizado por reação é α-SiC, β-SiC e silício livre.
No processo de sinterização por reação em alta temperatura, os átomos de carbono migram para o estado inicial na superfície do SiC (β-SiC) pela formação de α-SiC secundário a partir do silício fundido. Como a reação silício-carbono é uma reação exotérmica típica com grande liberação de calor, o resfriamento rápido após um curto período de reação espontânea em alta temperatura aumenta a saturação de carbono dissolvido no silício líquido, fazendo com que as partículas de β-SiC precipitem na forma de carbono, melhorando assim as propriedades mecânicas do material. Portanto, o refinamento de grãos do β-SiC secundário é benéfico para o aumento da resistência à flexão. No sistema compósito Si-SiC, o teor de silício livre no material diminui com o aumento do teor de carbono na matéria-prima.
Conclusão:
(1) A viscosidade da pasta de sinterização reativa preparada aumenta com o aumento da quantidade de negro de fumo; o valor do pH é alcalino e aumenta gradualmente.
(2) Com o aumento do teor de carbono no corpo, a densidade e a resistência à flexão das cerâmicas sinterizadas por reação preparadas pelo método de prensagem primeiro aumentaram e depois diminuíram. Quando a quantidade de negro de fumo é 2,5 vezes a quantidade inicial, a resistência à flexão em três pontos e a densidade aparente do tarugo verde após a sinterização por reação são muito altas, sendo 227,5 MPa e 3,093 g/cm3, respectivamente.
(3) Quando o corpo com excesso de carbono é sinterizado, rachaduras e áreas pretas em forma de "sanduíche" aparecem no corpo. A razão para o rachamento é que o gás de óxido de silício gerado no processo de sinterização reativa não é facilmente liberado, acumulando-se gradualmente, a pressão aumenta e seu efeito de compressão leva ao rachamento do tarugo. Na área preta em forma de "sanduíche" dentro do sinter, há uma grande quantidade de carbono que não participou da reação.
Data da publicação: 10 de julho de 2023