反应烧结碳化硅技术详解（RSSC）- 02 反应烧结碳化硅制造机理

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2 反应烧结碳化硅制造机理

反应烧结碳化硅 (RSSC) 的制造过程主要分为三个基本步骤：

• 混合预料: 将碳化硅粉末与碳 (碳粉、液体碳前驱体或两者混合) 按一定比例混合。

• 成型: 将混合物塑形为预制品 (preform)。

• 烧结反应: 将预制品放入炉中加热，同时向混合物中渗透硅，使硅与预制品中的碳反应生成二次碳化硅。

最终的微观结构具有接近零的孔隙率，由碳化硅连续相和填充连续相孔隙的硅离散相组成。原始的碳化硅称为一次碳化硅 (pSiC)。碳与渗透的硅反应沉淀出二次碳化硅 (sSiC)，将 pSiC 颗粒粘合在一起形成碳化硅连续相。sSiC 的体积大于原始碳的体积。因此，如果碳含量足够高且生坯密度足够高 (生坯孔隙率低)，理论上可以用 sSiC 填充所有孔隙，最终获得无游离硅 (即 100% 碳化硅) 的 RSSC。这种材料等同于直接烧结碳化硅 (DSSC)。实践中，达到这一点非常困难，但可以接近。大多数商用 RSSC 产品的游离硅含量超过 20% (体积百分比)。

该工艺的关键参数包括：

• 混合物中的碳化硅与碳的比例。

• 混合物的生坯密度。

• 碳的形式 (粉末、液体前驱体、混合形式)。

• 渗透硅的来源。

• 反应烧结温度。

密度和硅含量是定义 RSSC 的两个关键参数。这两者相互关联，如图 3 所示，密度与硅含量相关，进而决定硬度。

硬度是区分 RSSC 和 DSSC 的两个关键参数之一。RSSC 的硬度与密度以及相关的硅含量相关，如图3 所示。硬度对于装甲应用非常重要，尽管对于装甲而言，低密度甚至比硬度更重要。硬度对于耐磨性也很重要，尽管韧性对于耐磨性同样重要。通常，硬度与电气应用无关。

对于装甲而言，陶瓷只需比它阻止的弹丸更硬即可。然而，子弹本身的结构和性质决定了其穿透力。陶瓷的穿透抗性由通过厚度、动态压缩强度决定，而这个数值可以通过简单的硬度测试来衡量。微孔隙在弹道性能中的作用尚未完全理解，尽管毫无疑问，随着孔隙率的降低，弹道性能会改善。重要的是，RSSC 接近零孔隙，而 DSSC 通常具有 2%-7% 的孔隙率。

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