為什麼選擇無壓燒結法製備碳化矽陶瓷？

碳化矽陶瓷具有高硬度、高強度、耐高溫和耐腐蝕等特點，廣泛應用於航空航太、石油化工和積體電路等領域。鑑於大多數陶瓷材料具有高硬度、高強度、耐高溫和耐腐蝕等優異性能，因此陶瓷材料在航空航太、石油化工和積體電路等領域中得到了廣泛應用。 碳化矽 這些產品是具有廣闊市場前景的高附加價值產品，受到了許多國家的廣泛關注，並且一直是材料科學領域的研究重點。

1.燒結製程：反應燒結與無壓燒結

碳化矽（SiC）是一種具有強共價鍵的化合物，這賦予了材料高硬度、高強度、高熔點和耐腐蝕性等優異性能。然而，這些結構特性導致燒結過程中擴散速率較低，從而影響材料的緻密化；因此，需要採用諸如添加燒結助劑和施加外部壓力等方法來提高緻密化程度。目前，反應燒結和無壓燒結碳化矽的研究和工業應用已取得顯著進展。碳化矽的反應燒結製程是一種近淨成形燒結技術，其特點是燒結過程中收縮率和尺寸變化極小，並且具有燒結溫度低、產品結構緻密、生產成本低等優點，使其適用於製備大尺寸和複雜形狀的碳化矽製品。 碳化物陶瓷 該產品具有一定的優勢。然而，其缺點包括生坯預處理過程複雜以及副產品中存在污染物。此外，反應燒結碳化矽陶瓷材料的適用溫度範圍受材料中游離矽含量的影響；當溫度超過1400℃時，由於遊離矽熔化，材料強度會迅速下降。

碳化矽（SiC）的無壓燒結技術已非常成熟，其優勢在於能夠採用多種成型工藝，從而克服了產品形狀和尺寸的限制。透過合理添加添加劑，可以獲得更高的強度和韌性。此外，碳化矽的無壓燒結製程簡單，適用於各種形狀陶瓷零件的大量生產。然而，其缺點是無壓燒結碳化矽粉末比反應燒結碳化矽粉末更昂貴，導致製造成本更高。

無壓燒結製程主要分為固相燒結和液相燒結兩種類型。與無壓固相燒結碳化矽陶瓷相比，反應燒結碳化矽陶瓷的高溫性能較差，尤其是在溫度超過1400℃時，其彎曲強度急劇下降，且不耐強酸強鹼。相較之下，無壓固相燒結製備的碳化矽陶瓷在高溫下表現出比反應燒結碳化矽陶瓷顯著更優異的機械性能和耐強酸強鹼腐蝕性能。

無壓燒結製程的研究

• 固態燒結

固相燒結碳化矽陶瓷可在高溫下工作，但其物理化學性質穩定；尤其值得一提的是，其強度在高溫下保持不變，具有獨特的應用價值。當碳化矽中添加硼（B）和碳（C）時，硼存在於碳化矽晶界，部分硼取代碳化矽中的碳形成固溶體，而碳則與碳化矽表面的二氧化矽（SiO₂）和雜質矽發生反應。這些反應降低了碳化矽的晶界能，提高了表面能，從而增強了燒結驅動力，促進了燒結緻密化。自1990年代以來，以硼和碳為添加劑製備無壓燒結碳化矽的方法已在各個工業領域中廣泛應用。

優點：除少量殘留碳外，晶界處無第二相或玻璃相，晶界乾淨，高溫性能優異，在 1600°C 以下保持穩定，性能無明顯變化。

缺點：無法達到完全緻密；三角形晶界處通常有些閉合孔隙，高溫下容易發生晶粒長大。

• 液相燒結

液相燒結過程中添加的燒結助劑通常為幾個百分點，燒結完成後晶間相中仍有相當數量的氧化物。因此，液相燒結碳化矽（SiC）的斷裂模式通常為晶間斷裂，表現出較高的強度和斷裂韌性。同時，與固相燒結相比，燒結過程中形成的液相能夠有效降低燒結溫度。

這 阿爾₂這₃-和₂這₃ 此體係是最早研究的系統之一，被認為是碳化矽陶瓷液相燒結添加劑中最具吸引力的系統。該體系能夠在較低溫度下實現碳化矽陶瓷的緻密化燒結。

1. 樣品經歷了埋藏燃燒試驗，燃燒介質為含有鋁的粉末床。₂這₃， 和₂這₃以及 MgO。觀察結果表明，MgO 與 SiC 顆粒表面的 SiO2 反應形成液相，從而促進了顆粒重排和液體再沉積過程的燒結緻密化。
2. 阿爾₂這₃， 和₂這₃和CaO被用作S​​iC陶瓷無壓燒結的添加劑。在CaO含量不同的SiC材料中，Al₅和₃這₁₂ 相已形成。隨著CaO含量的增加，CaY₂這₄ 材料內部也形成了氧化物相。 CaY的液相₂這₄ 和阿爾₅和₃這₁₂ 在晶界處形成快速滲透通道，改善材料的燒結特性。

概括

添加劑可以提高無壓燒結碳化矽陶瓷的密度，降低燒結溫度，改變材料的微觀結構，並改善其機械性能。隨著對添加劑體系的不斷深入研究，添加劑體系已從單組分體系發展到多組分體系。在多組分添加劑系統中，每種組分在提升碳化矽陶瓷性能方面都發揮著獨特的作用；然而，添加劑的引入也帶來了一些明顯的缺點。添加劑與碳化矽的反應會產生諸如氧化鋁（Al₂O₃）或一氧化碳（CO）等氣態副產物，導致材料孔隙率增加。未來液相燒結碳化矽陶瓷技術的關鍵研究方向是降低碳化矽陶瓷的孔隙率，並消除添加劑對材料失重的影響。