氧化钇和氧化铝作为液相烧结助剂发挥作用。 加热时，这些添加剂会发生反应形成钇铝液相熔体，通常会形成石榴石相（YAG）。这种液相环境包围了固态 β-碳化硅 (beta-SiC) 颗粒，促进了溶解-再沉淀过程，使颗粒能够以低于纯 SiC 所需的温度进行重排并有效填充气孔。
通过引入液相，氧化钇和氧化铝从根本上改变了 β-SiC 的致密化机制。这种方法绕过了固相烧结的极端困难，从而获得了具有增强晶界断裂韧性的更致密的材料。
致密化机制
液相的形成
在高温下，氧化钇和氧化铝不会作为独立的固体颗粒存在。相反，它们会发生化学反应生成钇铝液相。
这种熔体充当溶剂和传输介质。它能够润湿固态 β-SiC 颗粒的表面，有效地起到润滑作用，从而实现更紧密的堆积。
溶解-再沉淀过程
这里致密化的核心驱动力是溶解-再沉淀机制。
少量碳化硅溶解到钇铝液相中。然后，材料通过液体传输，并在现有晶粒上再沉淀，填充颗粒之间的空隙和气孔。
降低加工要求
纯碳化硅的烧结难度极大，因为它需要极高的热能才能启动原子扩散。
液相的存在能够桥接颗粒之间的间隙。这使得陶瓷能够在显著更低的温度下达到高密度，这是仅通过固相烧结无法实现的。
提高机械性能
增强晶界
添加剂在烧结后并不会消失；它们以第二相的形式保留在晶界（晶体之间的界面）。
这种晶界相在机械性能中起着至关重要的作用。它形成了一种更抗灾难性失效的微观结构。
断裂韧性和裂纹偏转
技术文献中强调的一个具体好处是断裂韧性的提高。
当裂纹试图穿过材料时，晶界处的第二相会迫使裂纹改变方向。这种裂纹偏转会吸收能量，阻止裂纹沿直线传播并导致陶瓷碎裂。
理解权衡
第二相的存在
虽然液相有助于致密化，但它会形成复合微观结构，而不是纯 SiC 材料。
冷却时，钇铝相会在晶界固化。您实际上是用液相烧结材料的致密化便利性和韧性来换取单相陶瓷的纯度。
控制的复杂性
依赖化学反应形成 YAG 等相会在制造过程中引入变量。
氧化钇与氧化铝的比例必须精确，以确保液相在正确的温度下形成，并具有正确的粘度，从而有效地促进溶解-再沉淀机制。
为您的目标做出正确选择
在决定是否在 β-SiC 基体中引入这些添加剂时，请考虑您的主要性能目标：
- 如果您的主要关注点是易于制造： 这些添加剂对于在不需要极端、成本高昂的加工温度下实现高密度至关重要。
- 如果您的主要关注点是机械耐久性： 建议加入这些氧化物，以通过晶界偏转机制提高断裂韧性。
通过使用氧化钇和氧化铝，您可以利用化学热力学来解决共价陶瓷烧结的动力学限制。
总结表：
| 功能/机制 | 描述 |
|---|---|
| 烧结助剂类型 | 液相添加剂（氧化钇 + 氧化铝） |
| 活性相形成 | 形成石榴石（YAG）液相熔体 |
| 核心过程 | SiC 颗粒的溶解-再沉淀 |
| 主要优势 | 降低烧结温度和提高密度 |
| 机械影响 | 通过裂纹偏转提高断裂韧性 |
| 微观结构 | 晶界处的晶间第二相 |
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参考文献
- Giuseppe Magnani, Emiliano Burresi. Sintering and mechanical properties of β‐SiC powder obtained from waste tires. DOI: 10.1007/s40145-015-0170-0
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
