反応結合炭化ケイ素

反応結合炭化ケイ素（RBSC）は、機械的強度、耐衝撃性、化学的安定性、成形性に優れた、非常に硬くて強いセラミック材料であり、様々な用途に適しています。

RB-SiCは、焼結炭化ケイ素に比べて硬度は低いが、製造が容易でコストが低く、優れた耐熱衝撃特性を誇る。

物理的性質

RMIプロセスでは、a-SiC粒子を多孔質カーボンプリフォーム（G0）に組み込んだ後、液体シリコンを浸透させ、炭化ケイ素を反応結合させる。しかし、残念なことに、液体シリコンは浸透プロセスにより細孔を詰まらせる可能性があるため、本研究では、この問題に対する解毒剤として、またRB-SiCの機械的特性を向上させるために、多相カーボンを使用した。

多相カーボンは、微細なアモルファスカーボンブラックと粗い微小球状カーボンで構成されていた。液体シリコンを浸透させると、微小球状カーボンは消費され、一方、非晶質カーボンは細孔充填反応で細孔が詰まるのを防ぐために細孔から逃げることができる。したがって、試験片P10F90、P20F80、P30F70で観察すると、特徴的なピークは存在せず、多相カーボンがこの問題を回避し、浸透温度と浸漬時間が長くなるにつれて曲げ強度が向上することを示唆している。

機械的特性

RB炭化ケイ素は、多孔質カーボンまたはグラファイトプリフォームに溶融ケイ素を浸透させることにより製造され、炭素と反応してSiCを形成し、単純な円錐形やスリーブ形状から鉱業や加工産業用の大型エンジニアリング部品まで、様々な形状やサイズの優れた耐摩耗性、耐衝撃性、耐薬品性のセラミック材料を作り出します。

複合材料前駆体の組成、特にPFとFAの比率は、高温熱分解中の炭素と液体シリコンの反応速度に影響する。多相カーボンは、多孔質プリフォームの孔からの液体シリコンの浸透を促進し、傾斜炭素源は、b-SiCと遊離Siの含有量の両方を制御するのに役立つ。

RB炭化ケイ素の曲げ強さと弾性率は、その炭素源を注意深く等級分けすることによって、曲げ時に粒界破壊を引き起こす滑らかな黒色と白色のブロック粒表面を排除することにより、大幅に向上させることができる。

熱特性

反応結合炭化ケイ素セラミックスの熱特性は、その種類と結合の割合に依存する。反応結合炭化ケイ素(RBSC)は、金属ケイ素粒子を浸透させ、この過程で収縮しないカーボンまたはグラファイトのプリフォームに浸透させる。

RBSCを浸透させた後、高温で窒化処理を施す。これにより、金属シリコンは窒化SiCに変化し、残った細孔は炭化ケイ素ネットワーク材料で満たされる。XRDは、この形状がダイヤモンド、a-SiC、b-SiC、Si、SiO2を含むことを示し、SEMはグラファイト層とアモルファスカーボンを示す。

グラファイト層が存在するため、RBSCは焼結SiCよりも低いk値を示したが、NSICの値を上回った。さらに、耐食性、耐高温性、耐熱衝撃性、熱衝撃吸収能の点でも、SiO2系セラミックスを大きく上回った。

電気的特性

反応融着炭化ケイ素は、低い比抵抗と高い熱伝導性といった優れた電気特性を備えています。これらの特性により、電気発熱体の材料として最適です。さらに、化学的不活性と耐酸化性により、炉の熱電対、バーナーチップ、チェッカーブリック、マッフルなどに適しています。

反応結合SiCは、微細に分割されたシックと炭素の親密混合物を可塑剤と混合し、液体または気体のシリコンを浸透させる前に、可塑剤を成形して焼き切る工程を経て生成される。この反応により、ケイ素が炭素と結合して炭化ケイ素を生成し、それが元の炭化ケイ素と反応してa-SiC、b-SiC、残留Siからなる複合体を形成する。

浸潤時には、反応中に形成されたa-SiC顆粒とb-SiCは、多孔性プリフォーム全体に塊状になることなく均一に分散していると主張されているが、これはおそらく、新たに形成されたb-SiC粒子によって毛細管チャネルが塞がれていないことに起因すると考えられる。