碳化硅（SiC）作為一種強(qiáng)共價鍵化合物，因具備高熔點(diǎn)（約2700°C）、好的熱穩(wěn)定性、高硬度、良好的耐磨性與耐腐蝕性，以及較低的熱膨脹系數(shù)，被廣泛視作高溫結(jié)構(gòu)材料的理想候選。首次采用B和C作為燒結(jié)助劑實(shí)現(xiàn)無壓致密化燒結(jié)以來，無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷已在工業(yè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，如機(jī)械密封環(huán)、耐磨部件、軸承、防彈裝甲、熱交換器及航天器噴嘴等。

　　在無壓燒結(jié)過程中，燒結(jié)溫度是影響顯微結(jié)構(gòu)與性能的核心參數(shù)。溫度不足將導(dǎo)致孔隙殘留、致密性差；溫度過高則易引發(fā)晶粒異常長大，出現(xiàn)玻璃相或二次孔洞，反而降低材料的力學(xué)性能。因此，明確燒結(jié)溫度窗口，對實(shí)際生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。

　　2  試驗(yàn)方法

　　2.1 原料特性

　　實(shí)驗(yàn)采用固相燒結(jié)碳化硅預(yù)混造粒粉（純度 > 98%），中位粒徑D50 < 0.7 μm，比表面積 > 12 m2/g。粉體組成為SiC 98 wt%、C 1.5 wt%、B 0.5 wt%。粉體流動性良好，20 g粉體可在15 s內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)流速儀，松裝密度高于0.75 g/cm3。

　　2.2 燒結(jié)與表征

　　采用SYL900-3型真空燒結(jié)爐，在氬氣氣氛下進(jìn)行無壓燒結(jié)。燒結(jié)制度包括脫粘階段（600–800°C/1 h）、燒結(jié)階段（不同高溫度，保溫0.5 h）及自然冷卻。

　　采用阿基米德排水法測量體密度；三點(diǎn)彎曲法（GB/T 6569-2006）測試抗彎強(qiáng)度；維氏壓痕法測量硬度；利用XRD分析相組成，SEM觀察斷口形貌。

　　3  結(jié)果與討論

　　3.1 燒結(jié)溫度對致密性與力學(xué)性能的影響

　　隨著燒結(jié)溫度升高，碳化硅陶瓷的密度、抗彎強(qiáng)度和硬度均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，在2190°C時，相對密度超過96%，2220°C時達(dá)到峰值98%，對應(yīng)抗彎強(qiáng)度399.3MPa，維氏硬度23.8 GPa。溫度超過2220°C后，所有性能指標(biāo)均出現(xiàn)下降，2250°C時密度降至95%以下。

　　這一現(xiàn)象可通過晶粒生長與孔隙演變機(jī)制解釋：

　　低溫區(qū)（<2160℃）：傳質(zhì)不充分，孔隙未能完全排除，結(jié)構(gòu)疏松；

　　中間區(qū)間（2190–2220℃）：固態(tài)擴(kuò)散充分，晶粒均勻生長，孔隙顯著減少，致密性高（圖4b–c）；

　　高溫區(qū)（>2220℃）：晶粒異常長大，部分區(qū)域形成閉孔或晶界玻璃相，甚至發(fā)生蒸發(fā)-凝聚機(jī)制導(dǎo)致結(jié)構(gòu)粗化。

　　3.2 物相與微觀結(jié)構(gòu)分析

　　XRD圖譜顯示燒結(jié)體與原料譜線高度一致，表明燒結(jié)過程中未發(fā)生相變，仍以α-SiC為主。但在2250°C時，某些衍射峰強(qiáng)度明顯下降，可能與晶粒長大導(dǎo)致衍射條件變化或微應(yīng)變有關(guān)。

　　SEM圖像清晰反映出斷口形貌的溫度依賴性：低溫樣品呈現(xiàn)多孔和細(xì)晶結(jié)構(gòu)；溫度樣品顯示均勻致密的穿晶斷裂特征；高溫樣品則出現(xiàn)明顯晶粒長大和晶界弱化。

　　3.3 密度–性能關(guān)系

　　抗彎強(qiáng)度與密度之間呈現(xiàn)近似線性關(guān)系，說明在該燒結(jié)體系下，致密化是決定力學(xué)性能的主導(dǎo)因素。維氏硬度雖也隨密度提高而上升，但因硬度對微觀缺陷（如孔隙、微裂紋）更為敏感，其變化幅度略小于強(qiáng)度。

　　4  結(jié)論

　　1.在2160–2220℃范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)碳化硅陶瓷的高效致密化，最佳燒結(jié)溫度為2200℃附近；

　　2.燒結(jié)體高相對密度達(dá)98%，抗彎強(qiáng)度399.3 MPa，維氏硬度23.8 GPa；

　　3.性能下降與晶粒異常長大和孔隙再生有關(guān)，需嚴(yán)格控制燒結(jié)上限溫度；

　　4.無壓燒結(jié)結(jié)合B/C助劑是一種可適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的可靠工藝，具備好的重復(fù)性與穩(wěn)定性。

　　延伸視角：燒結(jié)溫度對碳化硅陶瓷力學(xué)性能的深層影響機(jī)制

　　燒結(jié)不僅是物質(zhì)遷移與致密化的過程，更伴隨著界面能與晶界動力學(xué)的復(fù)雜平衡。未來研究可進(jìn)一步結(jié)合原位觀察與晶界工程，探討多元助劑體系、加熱速率、保溫時間等參數(shù)對最終性能的耦合作用，為實(shí)現(xiàn)更高性能碳化硅陶瓷的定制化制備提供理論依據(jù)。