Der Kohlenstoffgehalt jedes gesinterten Probenbruchs ist unterschiedlich, mit einem Kohlenstoffgehalt von A-2,5 Gew.-% in diesem Bereich, wodurch ein dichtes Material fast ohne Poren entsteht, das aus gleichmäßig verteilten Siliziumkarbidpartikeln und freiem Silizium besteht. Mit zunehmender Kohlenstoffzugabe nimmt der Gehalt an reaktionsgesintertem Siliziumkarbid allmählich zu, die Partikelgröße des Siliziumkarbids nimmt zu und Siliziumkarbid wird skelettförmig miteinander verbunden. Ein zu hoher Kohlenstoffgehalt kann jedoch leicht zu Restkohlenstoff im Sinterkörper führen. Wenn der Rußgehalt weiter auf 3a erhöht wird, ist die Sinterung der Probe unvollständig und es erscheinen schwarze „Zwischenschichten“ im Inneren.
Wenn Kohlenstoff mit geschmolzenem Silizium reagiert, beträgt seine Volumenausdehnungsrate 234 %, wodurch die Mikrostruktur von reaktionsgesintertem Siliziumkarbid eng mit dem Kohlenstoffgehalt im Barren zusammenhängt. Wenn der Kohlenstoffgehalt im Barren gering ist, reicht das durch die Silizium-Kohlenstoff-Reaktion erzeugte Siliziumkarbid nicht aus, um die Poren um das Kohlenstoffpulver herum zu füllen, was zu einer großen Menge an freiem Silizium in der Probe führt. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Barren kann reaktionsgesintertes Siliziumkarbid die Poren rund um das Kohlenstoffpulver vollständig füllen und das ursprüngliche Siliziumkarbid miteinander verbinden. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Gehalt an freiem Silizium in der Probe ab und die Dichte des Sinterkörpers nimmt zu. Befindet sich jedoch mehr Kohlenstoff im Barren, umschließt das durch die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Silizium erzeugte sekundäre Siliziumkarbid schnell den Toner, wodurch es für das geschmolzene Silizium schwierig wird, mit dem Toner in Kontakt zu kommen, was zu Restkohlenstoff im Sinterkörper führt.
Den XRD-Ergebnissen zufolge besteht die Phasenzusammensetzung von reaktionsgesintertem Silizium aus α-SiC, β-SiC und freiem Silizium.
Beim Hochtemperatur-Reaktionssintern wandern Kohlenstoffatome durch geschmolzenes Silizium-α-Sekundärbildung in den Ausgangszustand β-SiC auf der SiC-Oberfläche. Da es sich bei der Silicium-Kohlenstoff-Reaktion um eine typische exotherme Reaktion mit großer Reaktionswärme handelt, erhöht sich durch schnelles Abkühlen nach einer kurzen Zeit spontaner Hochtemperaturreaktion die Sättigung des im flüssigen Silicium gelösten Kohlenstoffs, so dass die β-SiC-Partikel ausfallen Form von Kohlenstoff, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessert werden. Daher ist die sekundäre β-SiC-Kornverfeinerung vorteilhaft für die Verbesserung der Biegefestigkeit. Im Si-SiC-Verbundsystem nimmt der Gehalt an freiem Silizium im Material mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Rohmaterial ab.
Abschluss:
(1) Die Viskosität der hergestellten reaktiven Sinteraufschlämmung nimmt mit zunehmender Rußmenge zu; Der pH-Wert ist alkalisch und steigt allmählich an.
(2) Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Körper nahmen die Dichte und die Biegefestigkeit der durch Pressen hergestellten reaktionsgesinterten Keramiken zunächst zu und dann ab. Wenn die Rußmenge das 2,5-fache der ursprünglichen Menge beträgt, sind die Dreipunktbiegefestigkeit und die Schüttdichte des Rohlings nach dem Reaktionssintern sehr hoch, nämlich 227,5 MPa bzw. 3,093 g/cm3.
(3) Wenn der Körper mit zu viel Kohlenstoff gesintert wird, treten Risse und schwarze „Sandwich“-Bereiche im Körperkörper auf. Der Grund für die Rissbildung liegt darin, dass das beim Reaktionssintern erzeugte Siliziumoxidgas nicht leicht abgeführt werden kann, sich allmählich ansammelt, der Druck ansteigt und seine Auftriebswirkung zur Rissbildung im Barren führt. Im schwarzen „Sandwich“-Bereich im Inneren des Sinters befindet sich eine große Menge Kohlenstoff, der nicht an der Reaktion beteiligt ist.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 10. Juli 2023