Керамика из карбида кремния, содержащая в качестве спекающих добавок элементы C и B4C, представляет собой твердофазную спеченную керамику, процесс спекания которой в основном контролируется диффузионным механизмом, а оптимальная температура спекания составляет 2150°C. Процесс спекания контролируется диффузионным механизмом. Добавление соответствующего содержания спекающих добавок C+B4C позволяет спечь карбид кремния без давления, этот процесс прост и легко контролируется, спекание керамики по сравнению с заготовкой имеет около 30% объемной усадки, можно получить высокую плотность, хорошие механические свойства керамики из карбида кремния. В настоящее время для спекания обычно используются такие добавки, как B4C + C, BN + C, BP (фосфид бора) + C, AI + C, AIN + C и т.д. Добавить соответствующее содержание C + B4C SiC процесс спекания без давления, также известный как спекание карбида кремния под атмосферным давлением, этот процесс спекания карбида кремния прост и легко контролируется, плотность материала высокая, максимальная плотность 3,169/см3 (относительная плотность 98,75%); механические свойства хорошие, максимальная прочность на сжатие 550 МПа.
Сырье карбида кремния предпочтительно представляет собой единый микропорошок со значением D50 0,5-0,8 мкм. Обычно это химически обработанные зеленые микропорошки карбида кремния с удельной поверхностью 20 м3/г. При этом содержание кислорода должно быть как можно меньше; кроме того, количество добавляемого B должно быть выбрано в пределах 0,5 - 1,5 %, а количество добавляемого C зависит от содержания кислорода в порошке SiC. Химический состав SIC>99%, F-C<0,1, Si+SiO2<0,1, Fe2O3<0,08. Форма и размер частиц, форма частиц почти сферическая для достижения наиболее компактной укладки.
Добавка B4C и C относится к категории твердофазного спекания, что требует более высоких температур спекания.Движущей силой спекания SiC является: разница между поверхностной энергией частиц порошка (Eb) и поверхностью колебания зерен поликристаллического спеченного тела (Es), что приводит к уменьшению свободной энергии системы. Допированный соответствующим количеством B4C, B4C в процессе спекания оказывается на границе зерен SiC, частично образуя с SiC твердый раствор, что снижает зернограничную емкость SiC. Допирование умеренным количеством свободного С благоприятно для твердофазного спекания, поскольку поверхность SiC обычно окисляется, что приводит к образованию небольшого количества Si02, а добавление умеренного количества С способствует тому, что восстановленная пленка Si02 на поверхности SiC удаляется, тем самым увеличивая поверхностную энергию Eb.
Система SiC подвергается разложению и сублимации при давлении 1,013x105 Па и температуре более 1880°C. В системе SiC присутствуют такие газовые фазы, как Si, Si2, Si3, C, C2, C3, C4, C5, SiC, Si2C, SiC2 и т.д., а разность температур является основным фактором сублимации в процессе роста кристаллов SiC, и во всем процессе доминирует массоперенос. Различные газовые фазы в системе SiC коалесцируют на материнском кристалле SiC путем диффузии, что приводит к росту частиц кристалла SiC. Для образцов с системой спекания C+B4C требуемая температура спекания выше из-за преимущественно твердофазного спекания, а аргон пропускается в качестве защитной атмосферы при температуре около 1300 °C, поскольку аргон благоприятствует замедлению разложения SiC при высоких температурах выше 1300 °C. Для измерения качества спеченного тела SiC необходимы два условия: низкая пористость, как можно более плотная; зерно, как можно более мелкое.