రియాక్షన్-సింటెర్డ్ సిలికాన్ కార్బైడ్ యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణంపై కార్బన్ కంటెంట్ ప్రభావం

విరిగిన ప్రతి సింటరింగ్ నమూనా యొక్క కార్బన్ పరిమాణం భిన్నంగా ఉంటుంది. ఈ పరిధిలో A-2.5 awt.% కార్బన్ పరిమాణంతో, ఇది దాదాపు రంధ్రాలు లేని సాంద్రమైన పదార్థాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఇది ఏకరీతిగా పంపిణీ చేయబడిన సిలికాన్ కార్బైడ్ కణాలు మరియు స్వేచ్ఛా సిలికాన్‌తో కూడి ఉంటుంది. కార్బన్ చేర్పు పెరిగేకొద్దీ, చర్య-సింటరింగ్ చెందిన సిలికాన్ కార్బైడ్ పరిమాణం క్రమంగా పెరుగుతుంది, సిలికాన్ కార్బైడ్ కణ పరిమాణం పెరుగుతుంది మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్ కణాలు అస్థిపంజరం ఆకారంలో ఒకదానికొకటి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. అయితే, అధిక కార్బన్ పరిమాణం సింటరింగ్ చెందిన పదార్థంలో అవశేష కార్బన్‌కు సులభంగా దారితీస్తుంది. కార్బన్ బ్లాక్‌ను 3a వరకు మరింత పెంచినప్పుడు, నమూనా యొక్క సింటరింగ్ అసంపూర్ణంగా ఉంటుంది మరియు లోపల నల్లటి "అంతర పొరలు" కనిపిస్తాయి.

కార్బన్ కరిగిన సిలికాన్‌తో చర్య జరిపినప్పుడు, దాని ఘనపరిమాణ వ్యాకోచ రేటు 234% ఉంటుంది. దీనివల్ల రియాక్షన్-సింటరింగ్ చేయబడిన సిలికాన్ కార్బైడ్ యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణం, బిల్లెట్‌లోని కార్బన్ పరిమాణంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. బిల్లెట్‌లో కార్బన్ పరిమాణం తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, సిలికాన్-కార్బన్ చర్య వలన ఏర్పడిన సిలికాన్ కార్బైడ్, కార్బన్ పౌడర్ చుట్టూ ఉన్న రంధ్రాలను నింపడానికి సరిపోదు. దీని ఫలితంగా నమూనాలో అధిక మొత్తంలో స్వేచ్ఛా సిలికాన్ మిగిలిపోతుంది. బిల్లెట్‌లో కార్బన్ పరిమాణం పెరిగేకొద్దీ, రియాక్షన్-సింటరింగ్ చేయబడిన సిలికాన్ కార్బైడ్, కార్బన్ పౌడర్ చుట్టూ ఉన్న రంధ్రాలను పూర్తిగా నింపి, అసలైన సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను కలుపుతుంది. ఈ సమయంలో, నమూనాలో స్వేచ్ఛా సిలికాన్ పరిమాణం తగ్గి, సింటరింగ్ చేయబడిన వస్తువు యొక్క సాంద్రత పెరుగుతుంది. అయితే, బిల్లెట్‌లో కార్బన్ ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, కార్బన్ మరియు సిలికాన్ మధ్య చర్య వలన ఏర్పడిన ద్వితీయ సిలికాన్ కార్బైడ్ వేగంగా టోనర్‌ను చుట్టుముడుతుంది. దీనివల్ల కరిగిన సిలికాన్ టోనర్‌ను సంప్రదించడం కష్టమవుతుంది, ఫలితంగా సింటరింగ్ చేయబడిన వస్తువులో అవశేష కార్బన్ మిగిలిపోతుంది.

XRD ఫలితాల ప్రకారం, రియాక్షన్-సింటెర్డ్ SiC యొక్క ఫేజ్ కూర్పు α-SiC, β-SiC మరియు ఫ్రీ సిలికాన్.

అధిక ఉష్ణోగ్రత రియాక్షన్ సింటరింగ్ ప్రక్రియలో, కరిగిన సిలికాన్ α-సెకండరీ నిర్మాణం ద్వారా కార్బన్ అణువులు SiC ఉపరితలంపై ఉన్న ప్రారంభ స్థితి β-SiCకి వలసపోతాయి. సిలికాన్-కార్బన్ చర్య అనేది అధిక మొత్తంలో రియాక్షన్ ఉష్ణంతో కూడిన ఒక విలక్షణమైన ఎక్సోథర్మిక్ చర్య కాబట్టి, స్వల్పకాలం పాటు జరిగే ఆకస్మిక అధిక ఉష్ణోగ్రత చర్య తర్వాత వేగంగా చల్లబరచడం వలన ద్రవ సిలికాన్‌లో కరిగి ఉన్న కార్బన్ యొక్క సుశాచురేషన్ పెరుగుతుంది, తద్వారా β-SiC కణాలు కార్బన్ రూపంలో అవక్షేపించబడతాయి, దీనివల్ల పదార్థం యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలు మెరుగుపడతాయి. అందువల్ల, సెకండరీ β-SiC గ్రెయిన్ రిఫైన్‌మెంట్ బెండింగ్ బలాన్ని మెరుగుపరచడానికి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. Si-SiC కాంపోజిట్ వ్యవస్థలో, ముడి పదార్థంలో కార్బన్ శాతం పెరిగేకొద్దీ పదార్థంలోని ఫ్రీ సిలికాన్ శాతం తగ్గుతుంది.

ముగింపు:

(1) కార్బన్ బ్లాక్ పరిమాణం పెరిగే కొద్దీ తయారుచేసిన రియాక్టివ్ సింటరింగ్ స్లర్రీ యొక్క స్నిగ్ధత పెరుగుతుంది; pH విలువ క్షారంగా ఉండి క్రమంగా పెరుగుతుంది.

(2) బాడీలో కార్బన్ కంటెంట్ పెరగడంతో, ప్రెస్సింగ్ పద్ధతి ద్వారా తయారు చేయబడిన రియాక్షన్-సింటరింగ్ సిరామిక్స్ యొక్క సాంద్రత మరియు బెండింగ్ బలం మొదట పెరిగి, ఆపై తగ్గాయి. కార్బన్ బ్లాక్ మొత్తం ప్రారంభ మొత్తానికి 2.5 రెట్లు ఉన్నప్పుడు, రియాక్షన్ సింటరింగ్ తర్వాత గ్రీన్ బిల్లెట్ యొక్క త్రీ-పాయింట్ బెండింగ్ బలం మరియు బల్క్ డెన్సిటీ చాలా ఎక్కువగా ఉంటాయి, అవి వరుసగా 227.5mpa మరియు 3.093g/cm3.

(3) కార్బన్ ఎక్కువగా ఉన్న వస్తువును సింటరింగ్ చేసినప్పుడు, ఆ వస్తువులో పగుళ్లు మరియు నల్లటి "శాండ్‌విచ్" ప్రాంతాలు కనిపిస్తాయి. పగుళ్లు ఏర్పడటానికి కారణం ఏమిటంటే, రియాక్షన్ సింటరింగ్ ప్రక్రియలో ఉత్పత్తి అయ్యే సిలికాన్ ఆక్సైడ్ వాయువు సులభంగా బయటకు వెళ్లదు, క్రమంగా పేరుకుపోతుంది, ఒత్తిడి పెరుగుతుంది, మరియు దాని లాగే ప్రభావం బిల్లెట్ పగుళ్లకు దారితీస్తుంది. సింటర్ లోపల ఉన్న నల్లటి "శాండ్‌విచ్" ప్రాంతంలో, చర్యలో పాల్గొనని కార్బన్ అధిక మొత్తంలో ఉంటుంది.