Содержание углерода в каждом изломе спеченного образца различно, при этом содержание углерода в этом диапазоне составляет А-2,5 мас.%, образуя плотный материал практически без пор, состоящий из равномерно распределенных частиц карбида кремния и свободного кремния. С увеличением добавки углерода содержание реакционно-спеченного карбида кремния постепенно увеличивается, размер частиц карбида кремния увеличивается, и карбиды кремния соединяются друг с другом в форме скелета. Однако избыточное содержание углерода может легко привести к образованию остаточного углерода в спеченном изделии. При дальнейшем увеличении содержания сажи до 3а спекание образца происходит неполное, внутри появляются черные «прослойки».
Когда углерод реагирует с расплавленным кремнием, степень его объемного расширения составляет 234%, что делает микроструктуру реакционно-спеченного карбида кремния тесно связанной с содержанием углерода в заготовке. Когда содержание углерода в заготовке невелико, карбида кремния, образующегося в результате реакции кремния с углеродом, недостаточно для заполнения пор вокруг углеродного порошка, в результате чего в образце образуется большое количество свободного кремния. С увеличением содержания углерода в заготовке реакционно-спеченный карбид кремния может полностью заполнить поры вокруг углеродного порошка и соединить между собой исходный карбид кремния. В это время в образце уменьшается содержание свободного кремния и увеличивается плотность спеченного изделия. Однако, когда в заготовке больше углерода, вторичный карбид кремния, образующийся в результате реакции между углеродом и кремнием, быстро окружает тонер, затрудняя контакт расплавленного кремния с тонером, что приводит к образованию остаточного углерода в спеченном изделии.
По результатам РФА фазовый состав реакционно-спеченного кремния представлен α-SiC, β-SiC и свободным кремнием.
В процессе высокотемпературного реакционного спекания атомы углерода мигрируют в исходное состояние на поверхности SiC β-SiC путем вторичного образования расплавленного кремния α-SiC. Поскольку реакция кремний-углерод представляет собой типичную экзотермическую реакцию с большим количеством реакционного тепла, быстрое охлаждение после короткого периода самопроизвольной высокотемпературной реакции увеличивает насыщение углерода, растворенного в жидком кремнии, так что частицы β-SiC осаждаются в форме углерода, тем самым улучшая механические свойства материала. Следовательно, вторичное измельчение зерна β-SiC полезно для улучшения прочности на изгиб. В композитной системе Si-SiC содержание свободного кремния в материале снижается с увеличением содержания углерода в сырье.
Заключение:
(1) Вязкость приготовленной реакционной суспензии для спекания увеличивается с увеличением количества технического углерода; Значение pH щелочное и постепенно увеличивается.
2. С увеличением содержания углерода в теле плотность и прочность на изгиб реакционно-спеченной керамики, полученной методом прессования, сначала возрастают, а затем уменьшаются. Когда количество технического углерода в 2,5 раза превышает исходное количество, прочность на трехточечный изгиб и объемная плотность сырой заготовки после реакционного спекания очень высоки и составляют 227,5 МПа и 3,093 г/см3 соответственно.
(3) При спекании корпуса со слишком большим количеством углерода в корпусе кузова появляются трещины и черные «сэндвичевые» участки. Причина растрескивания заключается в том, что газ оксида кремния, образующийся в процессе реакционного спекания, нелегко отвести, он постепенно накапливается, давление повышается, и его эффект подъема приводит к растрескиванию заготовки. В области черного «сэндвича» внутри агломерата находится большое количество углерода, не участвующего в реакции.
Время публикации: 10 июля 2023 г.