ساخت بتاسيالون به صورت درجا به روش تف جوشي معمولي و بررسي اثر افزودن ايتريا و منيزيا بر خواص مكانيكي آن

Sintering of SiAlON and investigation of the effect of Y2O3 and MgO on its mechanical properties

سراميك مهندسي سيالون با خواص مكانيكي و حرارتي برجسته اي كه دارد در سال هاي اخير مورد توجه براي ساخت قطعات پيشرفته بوده است. خواص مكانيكي در اين سراميك متناسب با ساختار آن بوده و تركيب اوليه نقش بسزايي در تعيين آن دارد. در اين تحقيق تركيب اوليه در سيستم Si-Al-O-N متناسب با ساختار فازي بتاسيالون، از نيتريدسيليسيم، نيتريد آلومينيم و آلومينا به همراه افزودني منيزيا و ايتريا به نسبت مختلف اضافه بر استوكيومتري انتخاب شد. پس از آسياكاري، قرص خام به روش فشار هم محور ساخته و تف جوشي در دماي ℃ 1750 و اتمسفر نيتروژن (حداكثر 5 بار) انجام شد. محاسبه چگالي به روش ارشميدس، ارزيابي ساختار با آزمون الگوي پراش (XRD) و بررسي خواص مكانيكي با آزمون استحكام خمشي سه نقطه-اي و ميكرو سختي انجام شد. در تمامي نمونه ها انقباض به خوبي انجام شده و مقادير چگالي بيش از 3 گرم بر سانتيمتر مكعب بدست آمد. درصد تخلخل ظاهري بسيار پايين و جذب آب به صفر ميل كرد. افزايش نسبت افزودني اضافي ايتريا از 3 به 7 درصد وزني و همچنين جايگزيني ايتريا با منيزيا در محدوده 3 درصد وزني، اگرچه سبب افزايش نسبت اكسيژن به نيتروژن مي شود ولي بر چگالش اثر محسوسي نداشت و سختي نيز افت كرد. بيشترين سختي 1820 ويكرز مربوط به نمونه با كمترين مقدار افزودني بدست آمد. استحكام خمشي نمونه ها در بازه 248 الي 321 مگاپاسكال حاصل شد.

Sialon engineering ceramics with outstanding mechanical and thermal properties have been considered for advanced parts in recent years. The mechanical properties of this ceramic are related to its structure and the initial composition plays an important role in determining it. In this study, the initial composition in the Si-Al-O-N system in accordance with the β-SiAlON phase structure was selected from Si3N4, AlN and Al2O3 along with MgO and Y2O3 additives in different proportions in addition to stoichiometry. After milling, the raw pellets were pressured by cold isostatic pressure equipment and sintered at 1750 ℃ temperature and nitrogen atmosphere (maximum 5 bar). The density was calculated by Archimedes method, the structure was evaluated by X-ray diffraction pattern (XRD) analysis and the mechanical properties were evaluated by three-point flexural strength and micro-hardness test. Shrinkage was performed well in all samples and densities greater than 3 gr/cm3 were obtained. The percentage of apparent porosity was very low and water absorption was reduced to zero. Increasing the ratio of Y2O3 additive from 3wt% to 7wt% and also replacing Y2O3 with MgO in the range of 3% by weight, although increasing the ratio of oxygen to nitrogen, but did not have a significant effect on density and hardness decreased. The highest hardness of 1820 HV was obtained with the least amount of additive. The flexural strength of the specimens was obtained in the range (248-321 MPa).