Preparation of SiC–ZrC composite powders by carbothermal reduction method and its high-temperature oxidation resistance performance

• Yu Cao ^[2] ; Yueming Li ^[3] ; Kai Li ^[3] ; Chuanming Zou ^[3] ; Longteng Deng ^[1] ; Jilin Hu ^[1] ; Jin Wen ^[1]
  1. [1] Hunan University of Humanities, Science and Technology

     Hunan University of Humanities, Science and Technology

     China

     
  2. [2] Jingdezhen Ceramic University and Hunan University of Humanities, Science and Technology, China
  3. [3] Jingdezhen Ceramic University, China

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• Localización: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, ISSN 0366-3175, Vol. 64, Nº. 6, 2025
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Preparación de polvos compuestos de SiC-ZrC mediante el método de reducción carbotérmica y su resistencia a la oxidación a altas temperaturas
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  • español

    Los materiales cerámicos de ultraalta temperatura presentan un valor irreemplazable en entornos extremos, entre los cuales las cerámicas multifásicas SiC-ZrC se han consolidado como foco de investigación gracias a su excepcional comportamiento a altas temperaturas. La síntesis de polvos compuestos de alta calidad es un factor crucial para la fabricación de cerámicas de alto rendimiento. A fin de abordar las limitaciones inherentes a los métodos convencionales de reducción carbotérmica —como la contaminación por impurezas derivadas de fuentes de carbono orgánico, la estabilidad insuficiente del proceso reactivo y la escasez de estudios sobre el comportamiento oxidativo y los mecanismos de sinergia bifásica de los polvos compuestos SiC-ZrC—, este trabajo ha desarrollado un novedoso proceso de reducción carbotérmica controlada basado en grafito de alta pureza como fuente de carbono (atmósfera de argón, 1400–1600ºC). Se realizaron investigaciones sistemáticas para dilucidar los efectos reguladores de la temperatura de calcinación sobre la composición de fases, la microestructura y la distribución elemental de los polvos. Asimismo, se llevaron a cabo experimentos de oxidación a alta temperatura en atmósfera de aire para revelar las características del comportamiento oxidativo y los mecanismos de sinergia bifásica de los polvos estudiados. Los resultados demuestran que es posible sintetizar con éxito polvos compuestos SiC-ZrC de alta pureza con una distribución uniforme de elementos a 1600ºC con un tiempo de mantenimiento de 1,5 horas. Durante la oxidación a alta temperatura, el SiC exhibe una resistencia a la oxidación significativamente superior a la del ZrC: mientras que el ZrC inicia su oxidación para formar ZrO₂ ya a 800ºC, el SiC mantiene una excelente estabilidad estructural incluso a 1500ºC. Ambas fases logran una mejora sinérgica en la resistencia a la oxidación mediante la formación de capas de óxido compuesto SiO₂-ZrO₂y fases de ZrSiO₄.

  • English

    Ultra-high temperature ceramic materials possess irreplaceable value in extreme environments, among which SiC–ZrC multiphase ceramics have emerged as a research focus due to their exceptional high-temperature performance. The synthesis of high-quality composite powders is pivotal for the fabrication of high-performance ceramics. To address the limitations of conventional carbothermal reduction methods—including impurity contamination from organic carbon sources, inadequate reaction stability, and the paucity of research on the oxidation behavior and biphase synergistic mechanisms of SiC–ZrC composite powders—this study developed a novel controlled carbothermal reduction process using high-purity graphite as the carbon source (argon atmosphere, 1400–1600ºC). Systematic investigations were conducted to elucidate the regulatory effects of calcination temperature on the phase composition, microstructure, and elemental distribution of the powders. Additionally, high-temperature oxidation experiments under air atmosphere were performed to reveal the oxidation behavior characteristics and biphase synergistic mechanisms of the powders. The results demonstrate that high-purity SiC–ZrC composite powders with uniformly distributed elements can be successfully synthesized at 1600ºC with a 1.5-h holding time. During high-temperature oxidation, SiC exhibits significantly superior oxidation resistance compared to ZrC:ZrC initiates oxidation to form ZrO₂as early as 800ºC, while SiC retains excellent structural stability even at 1500ºC. The two phases achieve synergistic oxidation enhancement through the formation of SiO₂–ZrO₂ composite oxide layers and ZrSiO₄ phases.