Sinterlenmiş numunelerin her birinin kırılma noktasındaki karbon içeriği farklıdır; bu aralıkta A-2,5 ağırlık yüzdesi karbon içeriğiyle, neredeyse hiç gözenek içermeyen, homojen olarak dağılmış silisyum karbür parçacıklarından ve serbest silisyumdan oluşan yoğun bir malzeme oluşur. Karbon ilavesinin artmasıyla, reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbür içeriği kademeli olarak artar, silisyum karbür parçacık boyutu büyür ve silisyum karbürler iskelet şeklinde birbirine bağlanır. Bununla birlikte, aşırı karbon içeriği, sinterlenmiş gövdede artık karbona kolayca yol açabilir. Karbon siyahı 3a'ya kadar daha da artırıldığında, numunenin sinterlenmesi tamamlanmaz ve içinde siyah "ara katmanlar" ortaya çıkar.
Karbon, erimiş silikonla reaksiyona girdiğinde hacim genişleme oranı %234'tür; bu da reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbürün mikro yapısının, kütükteki karbon içeriğiyle yakından ilişkili olmasını sağlar. Kütükteki karbon içeriği az olduğunda, silisyum-karbon reaksiyonuyla oluşan silisyum karbür, karbon tozunun etrafındaki gözenekleri doldurmaya yetmez ve numunede büyük miktarda serbest silisyum bulunur. Kütükteki karbon içeriği arttıkça, reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbür, karbon tozunun etrafındaki gözenekleri tamamen doldurabilir ve orijinal silisyum karbürleri birbirine bağlayabilir. Bu durumda, numunedeki serbest silisyum içeriği azalır ve sinterlenmiş gövdenin yoğunluğu artar. Bununla birlikte, kütükte daha fazla karbon olduğunda, karbon ve silisyum arasındaki reaksiyonla oluşan ikincil silisyum karbür, toneri hızla çevreleyerek erimiş silikonun tonerle temasını zorlaştırır ve sinterlenmiş gövdede artık karbon oluşmasına neden olur.
XRD sonuçlarına göre, reaksiyonla sinterlenmiş SiC'nin faz bileşimi α-SiC, β-SiC ve serbest silisyumdan oluşmaktadır.
Yüksek sıcaklıkta reaksiyon sinterleme işleminde, karbon atomları erimiş silikon α-ikincil oluşumu yoluyla SiC yüzeyindeki başlangıç durumu olan β-SiC'ye göç eder. Silikon-karbon reaksiyonu, büyük miktarda reaksiyon ısısı içeren tipik bir ekzotermik reaksiyon olduğundan, kısa süreli kendiliğinden yüksek sıcaklık reaksiyonundan sonra hızlı soğutma, sıvı silikonda çözünmüş karbonun doygunluğunu artırır, böylece β-SiC parçacıkları karbon formunda çökelir ve malzemenin mekanik özelliklerini iyileştirir. Bu nedenle, ikincil β-SiC tane inceltmesi, eğilme dayanımının iyileştirilmesine faydalıdır. Si-SiC kompozit sisteminde, malzemedeki serbest silikon içeriği, ham maddedeki karbon içeriğinin artmasıyla azalır.
Çözüm:
(1) Hazırlanan reaktif sinterleme bulamacının viskozitesi, karbon siyahı miktarının artmasıyla artar; pH değeri alkalidir ve kademeli olarak artar.
(2) Gövdedeki karbon içeriğinin artmasıyla, presleme yöntemiyle hazırlanan reaksiyon sinterli seramiklerin yoğunluğu ve eğilme dayanımı önce artmış, sonra azalmıştır. Karbon siyahı miktarı başlangıç miktarının 2,5 katı olduğunda, reaksiyon sinterlemesinden sonra ham kütüğün üç noktalı eğilme dayanımı ve yığın yoğunluğu sırasıyla 227,5 mpa ve 3,093 g/cm³ olup oldukça yüksektir.
(3) Çok fazla karbon içeren gövde sinterlendiğinde, gövdede çatlaklar ve siyah "sandviç" alanlar ortaya çıkar. Çatlamanın nedeni, reaksiyon sinterleme işleminde oluşan silikon oksit gazının kolayca boşaltılamaması, giderek birikmesi, basıncın yükselmesi ve itme etkisinin kütüğün çatlamasına yol açmasıdır. Sinter içindeki siyah "sandviç" alanda, reaksiyona katılmayan büyük miktarda karbon bulunur.
Yayın tarihi: 10 Temmuz 2023