重结晶原料微粉在超高温条件下蒸发凝聚

重结晶原料重结晶碳化硅陶瓷是将多种级配高纯度α-SiC微粉经配料、成型、干燥，最后在真空烧结炉的条件下高温烧结，微粉在超高温条件下经蒸发-凝聚（结晶）烧制成陶瓷制品。其高温力学性能优异，耐氧化，抗腐蚀，是目前得到广泛应用的一种高温结构材料。

重结晶碳化硅陶瓷在烧成中其关键是控制蒸发-凝聚过程，而在高温烧成中，碳化硅是否有分解挥发，挥发现象对碳化硅蒸发有什么样的影响？在真空和微正压烧成这一复杂的系统中抑制不利因素，实现碳化硅的适度蒸发-凝聚，从而保证重结晶碳化硅陶瓷的质量和各种理化性能。在生产和研发的实践中需要我们深入研究，探求烧成机理，形成符合实际的正确认识。本文就是从烧成实践的现象入手进行试验和课题研究，热力学计算分析，在此基础上进行综合分析，并得出结论。

由于国内碳化硅原料纯度较低，杂质种类多且含量相对较高，在高温2700度绝对温度下，炉内坯体及石墨环境其物理化学过程十分复杂。真空烧结实验炉低温段抽真空到100帕以下，根据有关资料介绍100帕以下真空残余物大部分为水蒸气和氮气，烧结工艺在高温下充入氩气且炉内压达到101453帕，实现微正压状态，可见P总中的各分压中PAr占主要份额，其余为PN2、PH2O等，当接近和达到2700K左右时，随着碳化硅细颗粒的蒸发，其它微量杂质也挥发气化，这时P总的分压有些变化，但由于低温占主要份额的气体随着温度升高膨胀，仍占主要，假设PAr+PH2O+PN2为99%,其余为1%,而在百分之一中PSiC占主要,其余为PSiO、PSi、PMg……,若碳化硅蒸气在百分之一份额中占一半，按50％计算，其它微量气体只算一氧化硅和硅蒸气按50％计算，平均一下各占25％时，在保守估算的情况下分压约为0.254千帕，因此可以判断KP＞JP,△G2700＜0。根据以上分析和估算，说明在非标准状态下，2700K时碳化硅是可能分解的，根据道尔顿分压定律可以看出，碳化硅带入杂质越多，高温下挥发杂质气体越多，且杂质分压之和越高，在P总一定的条件下，PSi越低，因此碳化硅越易分解。图3试样表面层黑物质经电镜和能谱分析成份为碳，此现象为碳化硅分解，硅气迁移，碳沉积所致。运动的硅气当遇到碳时又结合成碳化硅，结晶成晶片，同时伴随有硅气的凝结，图1和表1的试验结果也验证了这种分析。

SiC原料杂质含量高，高温下导致分解，SiC分解又会影响重结晶碳化硅烧结中的碳化硅的蒸发与凝聚。降低和控制国内SiC原料杂质含量对重结晶碳化硅陶瓷的烧成制造是十分关键的，在解决杂质问题尚有困难的条件下需要研发新的烧成工艺，这正是有待我们下一步研发的课题。

重结晶原料