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碳含量对反应烧结碳化硅显微结构的影响

碳含量对反应烧结碳化硅显微结构的影响

  • 分类:公司新闻
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  • 来源:
  • 发布时间:2022-01-09
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【概要描述】每个烧结试样断口的碳含量不同,碳含量为a-2.5awt.%在该范围内,形成几乎没有孔隙的致密材料,该材料由均匀分布的碳化硅颗粒和游离硅组成。随着碳添加量的增加,反应烧结碳化硅的含量逐渐增加,碳化硅的粒径增大,碳化硅以骨架状相互连接。

碳含量对反应烧结碳化硅显微结构的影响

【概要描述】每个烧结试样断口的碳含量不同,碳含量为a-2.5awt.%在该范围内,形成几乎没有孔隙的致密材料,该材料由均匀分布的碳化硅颗粒和游离硅组成。随着碳添加量的增加,反应烧结碳化硅的含量逐渐增加,碳化硅的粒径增大,碳化硅以骨架状相互连接。

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  每个烧结试样断口的碳含量不同,碳含量为a-2.5awt.%在该范围内,形成几乎没有孔隙的致密材料,该材料由均匀分布的碳化硅颗粒和游离硅组成。随着碳添加量的增加,反应烧结碳化硅的含量逐渐增加,碳化硅的粒径增大,碳化硅以骨架状相互连接。然而,过多的碳含量容易导致烧结体中出现残余碳。当炭黑进一步增加到3a时,样品的烧结不完全,内部出现黑色“夹层”。

  

反应烧结碳化硅


  当碳与熔融硅反应时,其体积膨胀率为234%,这使得反应烧结碳化硅的微观结构与坯体中的碳含量密切相关。当坯体中碳含量较小时,硅碳反应生成的碳化硅不足以填充碳粉周围的孔隙,导致样品中有大量游离硅;随着坯体中碳含量的增加,反应烧结碳化硅能够充分填充碳粉周围的孔隙,将原始碳化硅连接在一起。此时,样品中游离硅含量降低,烧结体密度增加。然而,当坯体中有更多的碳时,碳和硅之间反应生成的二次碳化硅迅速包围碳粉,使得熔融硅难以接触碳粉,导致烧结体中存在残余碳。

  根据各组样品的XRD测试结果,反应烧结碳化硅的相组成为α-SiC、β-SiC和游离硅。

  在高温反应烧结过程中,碳原子在SiC表面β-SiC上通过熔融的硅α-二次生成迁移到初始状态。由于硅-碳反应是一种典型的放热反应,具有大量的反应热,经过短时间的自发高温反应后快速冷却,增加了溶解在液态硅中的碳的过饱和度,从而使β-SiC颗粒以碳的形式析出,从而提高了材料的力学性能。因此,二次β-SiC晶粒细化有利于弯曲强度的提高。在Si-SiC复合体系中,材料中游离硅的含量随着原料中碳含量的增加而降低。

  结论:

  ⑴ 制备的反应烧结浆料的粘度随炭黑用量的增加而增加;pH值呈碱性,并逐渐升高。

  ⑵ 随着坯体含碳量的增加,压浆法制备的反应烧结陶瓷的密度和抗弯强度呈现先增大后减小的趋势。当炭黑用量为初始用量的2.5倍时,生坯反应烧结后的三点弯曲强度和体积密度很高,分别为227.5mpa和3.093g/cm3。

  (3) 当烧结含碳量过多的坯体时,坯体内部会出现裂纹和黑色“三明治”区域。开裂的原因是反应烧结过程中产生的氧化硅气体不易排出,逐渐积聚,压力升高,其顶升作用导致坯体开裂。在烧结矿内部的黑色“三明治”区域中,有大量未参与反应的碳。

  (4) 反应烧结碳化硅α-SiC、β-SiC和游离硅的相组成。随着碳含量的增加,反应烧结后碳化硅含量增加,碳化硅颗粒尺寸增大,游离硅含量降低,有利于提高反应烧结陶瓷的力学性能。


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