碳化硅（SiC）作为一种强共价键化合物，因具备高熔点（约2700°C）、好的热稳定性、高硬度、良好的耐磨性与耐腐蚀性，以及较低的热膨胀系数，被广泛视作高温结构材料的理想候选。首次采用B和C作为烧结助剂实现无压致密化烧结以来，无压烧结碳化硅陶瓷已在工业领域取得广泛应用，如机械密封环、耐磨部件、轴承、防弹装甲、热交换器及航天器喷嘴等。

　　在无压烧结过程中，烧结温度是影响显微结构与性能的核心参数。温度不足将导致孔隙残留、致密性差；温度过高则易引发晶粒异常长大，出现玻璃相或二次孔洞，反而降低材料的力学性能。因此，明确烧结温度窗口，对实际生产具有重要指导意义。

　　2  试验方法

　　2.1 原料特性

　　实验采用固相烧结碳化硅预混造粒粉（纯度 > 98%），中位粒径D50 < 0.7 μm，比表面积 > 12 m²/g。粉体组成为SiC 98 wt%、C 1.5 wt%、B 0.5 wt%。粉体流动性良好，20 g粉体可在15 s内通过标准流速仪，松装密度高于0.75 g/cm³。

　　2.2 烧结与表征

　　采用SYL900-3型真空烧结炉，在氩气气氛下进行无压烧结。烧结制度包括脱粘阶段（600–800°C/1 h）、烧结阶段（不同高温度，保温0.5 h）及自然冷却。

　　采用阿基米德排水法测量体密度；三点弯曲法（GB/T 6569-2006）测试抗弯强度；维氏压痕法测量硬度；利用XRD分析相组成，SEM观察断口形貌。

　　3  结果与讨论

　　3.1 烧结温度对致密性与力学性能的影响

　　随着烧结温度升高，碳化硅陶瓷的密度、抗弯强度和硬度均呈现先升后降的趋势，在2190°C时，相对密度超过96%，2220°C时达到峰值98%，对应抗弯强度399.3MPa，维氏硬度23.8 GPa。温度超过2220°C后，所有性能指标均出现下降，2250°C时密度降至95%以下。

　　这一现象可通过晶粒生长与孔隙演变机制解释：

　　低温区（<2160℃）：传质不充分，孔隙未能完全排除，结构疏松；

　　中间区间（2190–2220℃）：固态扩散充分，晶粒均匀生长，孔隙显著减少，致密性高（图4b–c）；

　　高温区（>2220℃）：晶粒异常长大，部分区域形成闭孔或晶界玻璃相，甚至发生蒸发-凝聚机制导致结构粗化。

　　3.2 物相与微观结构分析

　　XRD图谱显示烧结体与原料谱线高度一致，表明烧结过程中未发生相变，仍以α-SiC为主。但在2250°C时，某些衍射峰强度明显下降，可能与晶粒长大导致衍射条件变化或微应变有关。

　　SEM图像清晰反映出断口形貌的温度依赖性：低温样品呈现多孔和细晶结构；温度样品显示均匀致密的穿晶断裂特征；高温样品则出现明显晶粒长大和晶界弱化。

　　3.3 密度–性能关系

　　抗弯强度与密度之间呈现近似线性关系，说明在该烧结体系下，致密化是决定力学性能的主导因素。维氏硬度虽也随密度提高而上升，但因硬度对微观缺陷（如孔隙、微裂纹）更为敏感，其变化幅度略小于强度。

　　4  结论

　　1.在2160–2220℃范围内可实现碳化硅陶瓷的高效致密化，最佳烧结温度为2200℃附近；

　　2.烧结体高相对密度达98%，抗弯强度399.3 MPa，维氏硬度23.8 GPa；

　　3.性能下降与晶粒异常长大和孔隙再生有关，需严格控制烧结上限温度；

　　4.无压烧结结合B/C助剂是一种可适用于产业化生产的可靠工艺，具备好的重复性与稳定性。

　　延伸视角：烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的深层影响机制

　　烧结不仅是物质迁移与致密化的过程，更伴随着界面能与晶界动力学的复杂平衡。未来研究可进一步结合原位观察与晶界工程，探讨多元助剂体系、加热速率、保温时间等参数对最终性能的耦合作用，为实现更高性能碳化硅陶瓷的定制化制备提供理论依据。