陶瓷3D打印碳化硅燒結(jié)技術(shù)分享之二:無(wú)/常壓燒結(jié)SiC
無(wú)壓燒結(jié)又稱為常壓燒結(jié),是相對(duì)于壓力燒結(jié)而言的,又可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。
? ??1.固相燒結(jié)
? ? 在α-SiC/β-SiC 粉體(亞微米級(jí))中同時(shí)加入少量B 和C作為燒結(jié)助劑,2020℃/2050℃常壓/真空條件下燒結(jié),可獲得致密碳化硅。通常B 的添加量在0.5wt.%左右,而C 的添加量則取決于SiC粉末中氧含量的高低,一般隨著SiC 粉末中氧含量的增加而適當(dāng)提高。對(duì)SiC 具有固相燒結(jié)作用的添加劑還有B4C+C、BN+C、BP+C、AlB2+C 等。其中B4C+C 也是目前常用的固相燒結(jié)添加劑。
? ? 固相燒結(jié)的SiC 陶瓷,除了少量殘留C 外,不存在第二相或晶界無(wú)玻璃相,晶界潔凈,高溫性能良好,可以使用到1600 ℃而性能基本不變。但固相燒結(jié)的SiC 不能達(dá)到完全致密,通常在晶粒的三角晶界處存在少量閉口氣孔,而且高溫時(shí)易導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大。
? ??2.液相燒結(jié)
? ? 液相燒結(jié)一般以一定數(shù)量的多元低共熔氧化物為燒結(jié)助劑,在較低溫度下材料以液相燒結(jié)機(jī)制實(shí)現(xiàn)SiC 的致密化。常用液相燒結(jié)助劑如Y2O3、Al2O3,可原位形成了YAG(Y3Al5O12)。
? ? 由于液相燒結(jié)溫度較低,其晶粒不易長(zhǎng)大,呈細(xì)小均勻等軸狀,同時(shí)由于晶界液相的引入和獨(dú)特的界面結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了界面結(jié)合弱化,材料的斷裂也變?yōu)橥耆难鼐嗔涯J?,結(jié)果使得材料的強(qiáng)度和韌性顯著提高。
? ? SiC 的無(wú)壓燒結(jié)技術(shù)已經(jīng)非常成熟,可以采用多種成型工藝,突破產(chǎn)品形狀和尺寸的限制,在適當(dāng)添加劑的作用下可以獲得較高的強(qiáng)度及韌性。此外,SiC 的無(wú)壓燒結(jié)操作簡(jiǎn)單,成本適中,適用于批量化生產(chǎn)。
? ? 無(wú)壓燒結(jié)碳化硅密度可達(dá)3.10 g/cm^3~3.18 g/cm^3,彈性模量410GPa~450GPa,彎曲強(qiáng)度400MPa~550MPa。