Вміст вуглецю в кожному спеченому зразку на зламі різний, з вмістом вуглецю A-2,5 мас.% у цьому діапазоні, утворюючи щільний матеріал майже без пор, який складається з рівномірно розподілених частинок карбіду кремнію та вільного кремнію. Зі збільшенням додавання вуглецю вміст реакційно спеченого карбіду кремнію поступово збільшується, розмір частинок карбіду кремнію збільшується, і карбід кремнію з'єднується один з одним у форму скелета. Однак надмірний вміст вуглецю може легко призвести до залишкового вуглецю в спеченому тілі. Коли вміст сажі збільшується до 3a, спікання зразка є неповним, і всередині з'являються чорні «проміжки».
Коли вуглець реагує з розплавленим кремнієм, його об'ємне розширення становить 234%, що робить мікроструктуру реакційно-спеченого карбіду кремнію тісно пов'язаною з вмістом вуглецю в заготовці. Коли вміст вуглецю в заготовці малий, карбіду кремнію, що утворюється в результаті кремній-вуглецевої реакції, недостатньо для заповнення пор навколо вуглецевого порошку, що призводить до великої кількості вільного кремнію в зразку. Зі збільшенням вмісту вуглецю в заготовці реакційно-спечений карбід кремнію може повністю заповнити пори навколо вуглецевого порошку та з'єднати вихідний карбід кремнію разом. При цьому вміст вільного кремнію в зразку зменшується, а щільність спеченого тіла збільшується. Однак, коли в заготовці більше вуглецю, вторинний карбід кремнію, що утворюється в результаті реакції між вуглецем і кремнієм, швидко оточує тонер, ускладнюючи контакт розплавленого кремнію з тонером, що призводить до залишкового вуглецю в спеченому тілі.
Згідно з результатами рентгенівської дифракції, фазовий склад реакційно-спеченого кремнію складається з α-SiC, β-SiC та вільного кремнію.
У процесі високотемпературного реакційного спікання атоми вуглецю мігрують до початкового стану на поверхні SiC β-SiC шляхом утворення розплавленого кремнію α-вторинне утворення. Оскільки кремній-вуглецева реакція є типовою екзотермічною реакцією з великою кількістю реакційного тепла, швидке охолодження після короткого періоду спонтанної високотемпературної реакції збільшує перенасичення вуглецю, розчиненого в рідкому кремнії, так що частинки β-SiC осідають у вигляді вуглецю, тим самим покращуючи механічні властивості матеріалу. Отже, вторинне подрібнення зерен β-SiC сприяє покращенню міцності на вигин. У композитній системі Si-SiC вміст вільного кремнію в матеріалі зменшується зі збільшенням вмісту вуглецю в сировині.
Висновок:
(1) В'язкість підготовленої реактивної агломераційної суспензії збільшується зі збільшенням кількості сажі; значення pH є лужним і поступово зростає.
(2) Зі збільшенням вмісту вуглецю в тілі, щільність та міцність на вигин реакційно-спеченої кераміки, виготовленої методом пресування, спочатку збільшувалися, а потім зменшувалися. Коли кількість сажі в 2,5 раза перевищує початкову кількість, триточкова міцність на вигин та об'ємна щільність зеленої заготовки після реакційного спікання дуже високі та становлять 227,5 МПа та 3,093 г/см3 відповідно.
(3) Під час спікання заготовки з надмірним вмістом вуглецю в ній з'являються тріщини та чорні «сендвіч-зони». Причиною розтріскування є те, що газоподібний оксид кремнію, що утворюється в процесі реакційного спікання, нелегко виводиться, він поступово накопичується, тиск підвищується, а його ефект підтискання призводить до розтріскування заготовки. У чорній «сендвіч-зоні» всередині агломерату міститься велика кількість вуглецю, який не бере участі в реакції.
Час публікації: 10 липня 2023 р.