碳化硅陶瓷的合成與制備
SiC由于其共價鍵結合的特點,燒結時的擴散速率相當低,即使在的2100℃的高溫,C和Si的自擴散系數也僅為1.5×10-10和2.5×10-13 cm2/s所以,很難采取通常離子鍵結合材料所用的單純化合物常壓燒結途徑來制取高致密化材料,必須采用一些特殊的工藝手段或依靠第二相物質促進其燒結。 SiC很難燒結。其晶界能與表面能之比很高,不易獲得足夠的能量形成晶界而燒結成塊體。
SiC燒結時的擴散速率很低,其表面的氧化膜也起擴散勢壘作用。因此,碳化硅需要借助添加劑或壓力等才能獲得致密材料。本制件采用Al-B-C作為燒結助劑。硼(B)在SiC晶界的選擇性偏析減小晶界能,提高燒結推動力,但過量的B會使SiC晶粒異常長大。添加C(碳)可以還原碳化硅表面對燒結起阻礙作用的SiO2膜,并使表面自由能提高。但過多的碳,使制品失重,密度下降。鋁(Al)有抑制晶粒長大的作用,并有增強硼的燒結助劑作用,但過量的Al卻會使制件的高溫強度下降。因此,必須通過試驗合理確定Al,B,C的用量。
目前制備SiC陶瓷的主要方法有無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結、反應燒結等。
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