Obsah uhlíka v každej spekanej vzorke je rôzny, pričom obsah uhlíka v tomto rozsahu je A-2,5 hmotnostných %, čím vzniká hustý materiál takmer bez pórov, ktorý sa skladá z rovnomerne rozložených častíc karbidu kremíka a voľného kremíka. So zvyšujúcim sa pridávaním uhlíka sa obsah reakčne spekaného karbidu kremíka postupne zvyšuje, veľkosť častíc karbidu kremíka sa zvyšuje a karbidy kremíka sú navzájom spojené do kostry. Nadmerný obsah uhlíka však môže ľahko viesť k zvyškovému uhlíku v spekanom telese. Keď sa obsah čierneho uhlíka ďalej zvýši na 3a, spekanie vzorky je neúplné a vo vnútri sa objavia čierne „medzivrstvy“.
Keď uhlík reaguje s roztaveným kremíkom, jeho objemová expanzia je 234 %, čo robí mikroštruktúru reakčne spekaného karbidu kremíka úzko súvisiacou s obsahom uhlíka v polotovare. Keď je obsah uhlíka v polotovare malý, karbid kremíka vytvorený reakciou kremík-uhlík nestačí na vyplnenie pórov okolo uhlíkového prášku, čo vedie k veľkému množstvu voľného kremíka vo vzorke. So zvyšujúcim sa obsahom uhlíka v polotovare môže reakčne spekaný karbid kremíka úplne vyplniť póry okolo uhlíkového prášku a spojiť pôvodný karbid kremíka dohromady. V tomto čase sa obsah voľného kremíka vo vzorke znižuje a hustota spekaného telesa sa zvyšuje. Keď je však v polotovare viac uhlíka, sekundárny karbid kremíka vytvorený reakciou medzi uhlíkom a kremíkom rýchlo obklopuje toner, čo sťažuje kontakt roztaveného kremíka s tonerom, čo vedie k zvyškovému uhlíku v spekanom telese.
Podľa výsledkov XRD je fázové zloženie reakčne spekaného kremíka α-SiC, β-SiC a voľný kremík.
V procese vysokoteplotného reakčného spekania migrujú atómy uhlíka na povrchu SiC do počiatočného stavu β-SiC v dôsledku sekundárnej tvorby roztaveného kremíka α. Keďže kremík-uhlíková reakcia je typickou exotermickou reakciou s veľkým množstvom reakčného tepla, rýchle ochladenie po krátkom období spontánnej vysokoteplotnej reakcie zvyšuje presýtenie uhlíka rozpusteného v tekutom kremíku, takže častice β-SiC sa vyzrážajú vo forme uhlíka, čím sa zlepšujú mechanické vlastnosti materiálu. Sekundárne zjemnenie zŕn β-SiC je preto prospešné pre zlepšenie pevnosti v ohybe. V kompozitnom systéme Si-SiC sa obsah voľného kremíka v materiáli znižuje so zvyšujúcim sa obsahom uhlíka v surovine.
Záver:
(1) Viskozita pripravenej reaktívnej spekacej suspenzie sa zvyšuje so zvyšujúcim sa množstvom čierneho uhlíka; Hodnota pH je zásaditá a postupne sa zvyšuje.
(2) So zvyšujúcim sa obsahom uhlíka v telese sa hustota a pevnosť v ohybe reakčne spekanej keramiky pripravenej lisovacou metódou najprv zvyšovali a potom znižovali. Keď je množstvo čierneho uhlíka 2,5-násobkom pôvodného množstva, trojbodová pevnosť v ohybe a objemová hustota surového polotovaru po reakčnom spekaní sú veľmi vysoké a dosahujú 227,5 MPa a 3,093 g/cm3.
(3) Keď sa teleso s príliš veľkým množstvom uhlíka speká, v telese sa objavia praskliny a čierne „sendvičové“ oblasti. Dôvodom praskania je, že plynný oxid kremičitý, ktorý vzniká v procese reakčného spekania, sa ťažko uvoľňuje, postupne sa hromadí, tlak stúpa a jeho zdvíhací účinok vedie k praskaniu polotovaru. V čiernej „sendvičovej“ oblasti vo vnútri aglomerátu sa nachádza veľké množstvo uhlíka, ktorý sa nezúčastňuje reakcie.
Čas uverejnenia: 10. júla 2023