Silicon carbide (SiC) has recently drawn an enormous industrial interest because of its useful mechanical properties such as thermal resistance, abrasion resistance and thermal conductivity at high temperature. RF Thermal plasma (PL-35 Induction Plasma, Tekna CO., Canada) has been utilized for synthesis of high purity SiC powder from cheap inorganic solution (Tetraethyl Orthosilicate, TEOS). It is found that the powders by thermal plasma consist of SiC with free carbon and amorphous silica ($SiO_2$) and, by thermal treatment and HF treatment, the impurities are driven off resulting high purity SiC nano-powder. The synthesized SiC powder lies below 30 nm and its properties such microstructure, phase composition, specific surface area and free carbon content have been characterized by X-ay diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), thermogravimetric (TG) and Brunauer-Emmett-Teller (BET).
A small diameter of SiC fiber mat can produce much higher heat under microwave irradiation than the other types of SiC materials. Fabrication of high strength SiC fiber consists of iodine vapor curing on polycarbosilane precursor and heat treatment process. The curing stage of polycarbosilane fiber was maintained at $150-200^{\circ}C$ in a vacuum condition under the iodine vapor to fabricate a high thermal radiation SiC fiber. The structure and morphology of the fibers were characterized by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, thermogravimetric analysis (TG) and scanning electron microscopy (SEM). In this study, the thermal properties of SiC fiber mats under microwave have been analyzed with an IR thermal camera and its image analyzer. The prepared SiC fiber mats radiated high temperature with extremely high heating rate up to $1100^{\circ}C$ in 30 seconds. The fabricated SiC fiber mats were not oxidized after the heat radiation process under the microwave irradiation.
Decomposition behavior of $ferro-Si_3N_4$was investigated with varying temperature and holding time in mud components for high temperature refractory applications. Porosities gradually increased with increasing temperature and holding time due to the carbothermal reduction of $Si_3N_4\;and\;SiO_2$. Silicon monoxide (SiO) as a intermediate resulted from evaporation of $Si_3N_4\;and\;SiO_2$ reacted with C sources to generate needle-like ${\beta}-SiC$ and Fe in $Si_3N_4$ acted as a catalyst in order to enhance growth of SiC grain with the preferred orientation. SiC generation yield increased with increasing holding time, all of the $Si_3N_4\;and\;SiO_2$ affected on SiC formation up to 2h. However, SiC generation was only dependent on residual $SiO_2$ over 2h, because the carbothermal reduction reaction of $Si_3N_4$ was no longer possible at that time.
Sung Min So;Hee Woong Hwang;Sam Heang Yi;Joo Seok Park;Kyoung Hun Kim;Kwang Ho Lee;Jongee Park;Sung Gap Lee
Journal of Ceramic Processing Research
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제21권
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pp.16-22
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2020
We fabricated SiC-TiC composites by hot-press sintering with aluminum and yttrium nitrate additive and evaluated crystal phase, relative density, microstructure, electrical resistivity and mechanical properties of the sintered body. And the effect of nitrate additive on the densification of SiC-TiC composites was compared with that of Al2O3 and Y2O3 additives. Because nitrate additives were uniformly dispersed in SiC and TiC mixture, it inhibited the growth of crystal grain between each other and formed fine and uniform microstructure, thereby improving mechanical properties and electrical resistivity. The electrical resistivity and flexural strength of the SiC-TiC composite with aluminum and yttrium nitrate additive were 2.3 Ω·cm and 652.3 MPa respectively.
Mullite ceramics can be sintered by rf plasma sintering to densities as high as 97% compared to the theoretical density of the mullite, while SiC whisker-reinforced mullite matrix ceramic composites were not sintered by plasma sintering. Decomposition of mullite occurs in a superficial regins at the outside surface of the specimen by volatilization of SiO at elevated temperature by plasma. SiC whiskers were destroyed, and the matrix was converted to alumina from SiC-whisker reinforced mullite matrix ceramic composites during the plasma sintering. Accelerated volatilization from the SiC whisker in the mullite prevents sintering. The volatile species are mainly SiC and CO gas species. The effects of plasma on mullite and SiC-whisker reinforced mullite matrix composites are interpreted by thermodynamic simulation of the volatile species in the plasma environment. The thermodynamic results show that the decomposition will not occur during hot pressing.
Polyaluminocarbosilane was synthesized by direct reaction of polydimethylsilane with aluminum(III)-acetylacetonate in the presence of zeolite catalyst. A fraction of higher molecular weight polycarbosilane was formed due to the binding of aluminium acetylacetonate radicals with the polycarbosilane backbone. Small amount of Si-O-Si bond was observed in the as-prepared polyaluminocarbosilane as the result. Polyaluminocarbosilane fiber was obtained through a melt spinning and was pyrolyzed and sintered into SiC fiber from $1200{\sim}2000^{\circ}C$ under a controlled atmosphere. The nucleation and growth of ${\beta}-SiC$ grains between $1400{\sim}1600^{\circ}C$ are accompanied with nano pores formation and residual carbon generation. Above $1800^{\circ}C$, SiC fiber could be sintered to give a fully crystallized ${\beta}-SiC$ with some ${\alpha}-SiC$.
Ha, Minh-Tan;Shin, Yun-Ji;Bae, Si-Young;Park, Sun-Young;Jeong, Seong-Min
Journal of the Korean Ceramic Society
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제56권6호
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pp.589-595
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2019
The top-seeded solution growth (TSSG) method is an effective approach for the growth of high-quality SiC single crystals. In this method, the temperature gradient in the melt is the key factor determining the crystal growth rate and crystal quality. In this study, the effects of the aperture at the top of the hot-zone on the growth of the SiC single crystal obtained using the TSSG method were evaluated using multiphysics simulations. The temperature distribution and C concentration profile in the Si melt were taken into consideration. The simulation results showed that the adjustment of the aperture at the top of the hot-zone and the temperature gradient in the melt could be finely controlled. The surface morphology, crystal quality, and polytype stability of the grown SiC crystals were investigated using optical microscopy, high-resolution X-ray diffraction, and micro-Raman spectroscopy, respectively. The simulation and experimental results suggested that a small temperature gradient at the crystal-melt interface is suitable for growing high-quality SiC single crystals via the TSSG method.
This paper reports the effect of sintering processes and additives on the microstructures and mechanical properties of $ZrB_2$-SiC composite ceramics. We fabricated sintered bodies of $ZrB_2$-20 vol.% SiC with or without sintering additive, such as C or $B_4C$, densified by spark plasma sintering as well as hot pressing. While almost full densification was achieved regardless of sintering processes or sintering additives, significant grain growth was observed in the case of spark plasma sintering, especially with $B_4C$. With sintered bodies, mechanical properties, such as flexural strength and Vickers hardness, were also examined.
Lee, Hyeon-Geun;Kim, Daejong;Park, Ji Yeon;Kim, Weon-Ju
Journal of the Korean Ceramic Society
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제51권5호
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pp.418-423
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2014
Fully ceramic micro encapsulated (FCM) nuclear fuel is a concept recently proposed for enhancing the stability of nuclear fuel. FCM nuclear fuel consists of tristructural-isotropic (TRISO) fuel particles within a SiC matrix. Each TRISO fuel particle is composed of a $UO_2$ kernel and a PyC/SiC/PyC tri-layer which protects the kernel. The SiC ceramic matrix is created by sintering. In this FCM fuel concept, fission products are protected twice, by the TRISO coating layer and by the SiC ceramic. The SiC ceramic has proven attractive for fuel applications owing to its low neutron-absorption cross-section, excellent irradiation resistivity, and high thermal conductivity. In this study, a SiC-matrix composite containing TRISO particles was sintered by hot pressing with $Al_2O_3-Y_2O_3$ additive system. Various sintering conditions were investigated to obtain a relative density greater than 95%. The internal distribution of TRISO particles within the SiC-matrix composite was observed using an x-ray radiograph. The fracture of the TRISO particles was investigated by means of analysis of the cross-section of the SiC-matrix composite.
This paper relates to the synthesis of a source powder for SiC crystal growth. ${\beta}-SiC$ powders are synthesized at high temperatures (>$1400^{\circ}C$) by a reaction between silicon powder and carbon powder. The reaction is carried out in a graphite crucible operating in a vacuum ambient (or Ar gas) over a period of time sufficient to cause the Si+C mixture to react and form poly-crystalline SiC powder. End-product characterizations are pursued with X-ray diffraction analysis, SEM/EDS, particle size analyzer and ICP-OES. The purity of the end-product was analyzed with the Korean Standard KS L 1612.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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