? ? 將碳化硅粉、碳粉與有機(jī)粘結(jié)劑混合，經(jīng)過成型、干燥、排膠（脫脂），最后滲硅獲得制品。國內(nèi)外制造反應(yīng)燒結(jié)碳化硅絕大部分都采用此方法。

? ? 燒結(jié)過程中幾乎沒有收縮及尺寸變化，具有燒結(jié)溫度低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合制備大尺寸復(fù)雜形狀碳化硅陶瓷制品。

? 反應(yīng)燒結(jié)SiC 的密度3.05g/cm^3~3.15g/cm^3，彈性模量380GPa~430GPa，彎曲強(qiáng)度350-500 MPa，斷裂韌性4.0-5.0 MPa·m^1/2。但隨著Si 含量增加，強(qiáng)度和斷裂韌性線性下降；當(dāng)Si 含量一定時，隨著SiC 晶粒尺寸減小，強(qiáng)度增大。高溫下游離硅塑性增大，使材料的斷裂韌性隨溫度增大，從室溫下4 MPa·m^1/2 增加到1200 ℃下的12 MPa·m^1/2。

? ? 為了保證滲硅的完全，素坯(α-SiC+C)應(yīng)當(dāng)具有足夠的孔隙度。因此必須嚴(yán)格控制素坯密度，通過調(diào)整最初混合料中α-SiC 和C 的含量、α-SiC 的粒度級配、C 的形狀和粒度以及成型壓力等手段可以獲得適當(dāng)?shù)乃嘏髅芏取７磻?yīng)完成后SiC顆粒的殘留氣孔由游離Si 填充，從而可以獲得致密燒結(jié)體。

? ? 采用亞微米級SiC(0.4-0.5 μm)顆粒為原料，調(diào)節(jié)配方中C 和SiC 的質(zhì)量比值在0.1-0.5 之間，通過濕法成型制備素坯，反應(yīng)燒結(jié)制備密度達(dá)到3.1 g/cm^3 的RBSC 陶瓷材料，由于材料中游離Si 的尺寸細(xì)小，普遍在100 nm 以下，材料組織分布均勻，因此材料抗彎強(qiáng)度可以達(dá)到1000 MPa 以上。

? ? 反應(yīng)燒結(jié)SiC 陶瓷材料的使用溫度一般不超過1400 ℃。當(dāng)溫度過高時，游離Si 熔化，從而導(dǎo)致材料的強(qiáng)度迅速下降。

? ? 注：也可通過裂解高分子聚合物，制備全碳多孔坯體，再經(jīng)高溫滲硅制備了高性能的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅，但成本很高。

? ? 3.1固相燒結(jié)

? ? 在α-SiC/β-SiC 粉體（亞微米級）中同時加入少量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，而且高溫時易導(dǎo)致晶粒長大。

? ? 3.2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，其晶粒不易長大，呈細(xì)小均勻等軸狀，同時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剑Y(jié)果使得材料的強(qiáng)度和韌性顯著提高。

? ? SiC 的無壓燒結(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 的無壓燒結(jié)操作簡單，成本適中，適用于批量化生產(chǎn)。

? ? 無壓燒結(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。

? ? 熱壓燒結(jié)是將干燥的碳化硅粉料填充進(jìn)高強(qiáng)石墨模具內(nèi)，在升溫的同時施加一個軸向壓力，在合適的壓力-溫度-時間工藝條件控制下，實現(xiàn)碳化硅的燒結(jié)成型。一般燒結(jié)溫度1950℃，壓力在幾十MPa。

? ? 與無壓燒結(jié)類似，可以通過添加多種燒結(jié)助劑以提高制品的性能。燒結(jié)助劑包括B4C、Al2O3、AlN、BN、Al、BeO、B+C、B。

? ? 各類燒結(jié)助劑在燒結(jié)致密化過程中的機(jī)理可以大致分為兩類：一類是與SiC 中的雜質(zhì)形成液相，通過液相促進(jìn)燒結(jié)；另一類是與SiC 形成固溶體，降低晶界能并促進(jìn)燒結(jié)。

? ? 由于加熱加壓同時進(jìn)行，粉料處于熱塑性狀態(tài)，有助于顆粒的接觸擴(kuò)散、流動傳質(zhì)過程的進(jìn)行，能在較低的燒結(jié)溫度，較短的燒結(jié)時間，得到晶粒細(xì)小、相對密度高和力學(xué)性能良好的碳化硅陶瓷產(chǎn)品。該工藝不足在于設(shè)備及工藝復(fù)雜，模具材料要求高，只能制備簡單形狀的零件，生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)成本高，適用于高性能要求、高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)。

? ? 熱壓燒結(jié)碳化硅密度可達(dá)3.17 g/cm^3~3.22 g/cm^3，彈性模量440GPa~450GPa，彎曲強(qiáng)度487MPa~770MPa。

? ? 熱等靜壓燒結(jié)是使材料(粉末、素坯或燒結(jié)體)在加熱過程中經(jīng)受各向均衡壓力，以氬氣或氮?dú)獾榷栊詺怏w作為傳壓介質(zhì)，借助于高溫高壓的共同作用促進(jìn)致密化的工藝。

? ? HIP的工藝可分為兩類：

? ? (1)陶瓷粉料包封后直接 HIP 燒結(jié)，即包套HIP 工藝；

? ? (2)由原料經(jīng)成型(各種陶瓷成型工藝均可)，預(yù)燒結(jié)后達(dá)到一定的密度，材料無開口氣孔狀態(tài)，再經(jīng)HIP高溫高壓后處理。

? ? HIP燒結(jié)溫度1900℃~2000℃，壓力幾百M(fèi)Pa。

? ? HIP制品的密度可達(dá)99%，彎曲強(qiáng)度可達(dá)600MPa，

? ? 熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)可在較低的燒結(jié)溫度下、較短的時間內(nèi)制備出各向完全同性、微觀結(jié)構(gòu)均勻、晶粒較細(xì)且完全致密的材料；可制備出形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，特別是在制備納米材料時對粉體的要求不高，甚至團(tuán)聚嚴(yán)重的粉體也可用于納米陶瓷的制備；能精確控制制品的最終尺寸、得到的制品只需要很少的精加工甚至無需加工就能使用。但HIP 燒結(jié)的突出缺點(diǎn)是封裝困難，此外，設(shè)備的一次性投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都較高。

參考文獻(xiàn)：

李辰冉，謝志鵬，趙 林. 碳化硅陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 陶瓷學(xué)報，2020，41(2)：137-149