Данная статья является продолжением работы по исследованию образцов из порошка α-SiC, получаемых по технологии селективного лазерного спекания (СЛС) [1]. Рассматриваются гидростатическая плотность, а также микроструктура поверхности и внутренних сечений пористых заготовок и уплотненных с помощью постобработки. Проведена апробация двух способов постобработки для повышения плотности пористых заготовок. Первый способ – уплотнение за счет силицирования, так называемой пропитки расплавом кремния (LSI), или жидкофазной пропитки. Второй способ уплотнения является гибридным из-за сочетания метода пропитки полимером пористой заготовки с последующим пиролизом и силицированием – так называемый PIP метод, совмещенный с LSI. Для стандартных методов прессования гибридная обработка PIP + LSI позволяет сформировать повышенную долю карбида кремния в материале по сравнению со способом LSI, что благоприятно сказывается на механических и теплофизических свойствах. По результатам исследований установлена зависимость содержания фаз SiC, Si, С в материале и относительной плотности от количества циклов пропитки, пиролиза и способа постобработки. Образцы изготавливались с различной высотой единичного слоя – 30 и 50 мкм. Образцы с высотой слоя 30 мкм имели бόльшую начальную плотность, чем образцы со слоем в 50 мкм, а также требовали 2–3 пропитки для насыщения углеродом, в отличие от 4–5 пропиток во втором случае (50 мкм). Финальная плотность образцов при высоте слоя 30 и 50 мкм находилась примерно на одном уровне – не более 2,88 г/см3. Для образцов, прошедших только стадию силицирования, плотность составила 2,52–2,65 г/см3, что меньше, чем у образцов после полного цикла постобработки. Разница плотности образцов не связана с пористостью – напротив, пористость меньше в образцах после LSI. По результатам количественного микроструктурного анализа разница плотности обусловлена в 2 раза бόльшим содержанием свободного кремния, который имеет плотность ниже, чем у SiC, снижая тем самым общую плотность LSI-образцов.
This article continues the research on α-SiC powder preforms produced by selective laser sintering (SLS) [1]. The study examines the hydrostatic density and microstructure of the surface and internal cross sections of both the porous preforms and the densified specimens obtained through post-processing. Two post-processing routes were tested to increase the density of porous SLS preforms. The first method involved densification by silicon infiltration (liquid silicon infiltration, LSI). The second method was hybrid, combining polymer infiltration and pyrolysis followed by silicon infiltration (PIP + LSI). For conventionally pressed materials, this hybrid treatment forms a higher fraction of silicon carbide in the structure compared to LSI alone, which has a beneficial effect on mechanical and thermophysical properties. The study established the dependence of SiC, Si, and C phase contents and the relative density on the number of infiltration and pyrolysis cycles and on the post-processing route. Specimens were fabricated with different single-layer thicknesses (30 and 50 µm). Specimen with a 30 µm layer thickness had a higher initial density than those with 50 µm layers and required only 2–3 infiltration cycles for carbon saturation, compared with 4–5 cycles for the 50 µm specimens. The final density of the specimens with both layer thicknesses was approximately the same – no higher than 2.88 g/cm3. The density of specimens subjected only to silicon infiltration was 2.52–2.65 g/cm3, which is lower than that of the fully post-processed specimens. This density difference was not due to porosity; in fact, the porosity was lower in the LSI specimens. According to quantitative microstructural analysis, the lower density resulted from nearly twice the content of free silicon, which has a lower density than SiC and thus decreases the overall density of the LSI specimens.