反应烧结机理的研究

界面控制机理硅与碳反应生成碳化硅，新生成的碳化硅是高度畸变，存在着非常大的内应力，当内应力大于碳化硅的张应力时，新生成的碳化硅将从碳基体剥落下来，从而暴露出新鲜的未反应的碳表面，硅与碳继续反应生成碳化硅，反应速率受硅与碳接触界面的面积的控制。以上三种机制虽然对特定试验现象做出了合理解释，但单独用于解释所有的C/Si反应试验现象时均遇到了困难，例如，溶解-沉淀机制难以对碳基体表面出现的致密碳化硅层作机制还难以解释碳纤维与熔融硅反应时所生成不连续的碳化硅颗粒，可见上述三种反应机制在其适用范围上均具有一定的局限性。

溶解-沉淀机理通过实验总结认为反应烧结碳化硅的反应机理是溶解-沉淀机理，经研究发现新生成的β-SiC是在反应温度即高温阶段形成的，而不是在冷却阶段析晶出来的，β-SiC的析出是由于局部温度和碳在液硅中的浓度的长落而致，碳溶解在液硅中是一个吸热过程（溶解热），但是α-SiC从超饱和溶液中的结晶是一个放热过程（结晶热），这样由于溶解吸热和析晶放热会导致温度有所波动，当某一时刻温度达到zui高，这样碳的溶解度也会为zui大，溶液中碳的浓度也zui大，当某一时刻温度zui低时，使碳在液硅中的溶解达到超饱和，从而会析出β-SiC，由于β-SiC的析出碳在溶液中的溶解度达到zui低。

迄今为止，有关反应烧结碳化硅机理的研究报道很多，主要有以下三种机理①扩散控制机理；②溶解沉淀机理；③界面控制机理。扩散控制机理对于Si和C系统，D.G.Wirth等人认为是碳和硅通过碳化硅的扩散速度决定了反应进程，在稍高于硅的熔点温度，一旦碳浸渍在熔融的硅中，碳和硅立即反应生产碳化硅，当碳化硅层在碳的表面形成，碳化硅只有经过此碳化硅层通过扩散才能继续反应形成碳化硅，由于硅和碳的反应速度很快，且液硅与碳的润湿角为0，所以进一步形成碳化硅的反应是由碳和硅通过碳化硅的扩散速度决定的，扩散控制机理有两种模型“收缩模型”和“膨胀模型”，“收缩模型”是硅通过碳化硅层的扩散速率大于碳通过碳化硅层的扩散速率，所以硅扩散通过碳化硅层到达碳-碳化硅的界面与碳反应生成碳化硅，这样可以形成连续的碳化硅层，“膨胀模型”认为碳扩散通过碳化硅层到达碳化硅与熔融硅的界面与硅反应生成碳化硅。