بررسي تأثير افزودن ذرات h-BN ميله‌اي و كمك سينترها روي ريزساختار و تشكيل فازها در بدنه متخلخل Si3N4 ساخته شده به روش ريخته گري ژلي

Investigation of the effect of adding rod h-BN particles and sintering aid on the microstructure and phase formation in a Si3N4 porous ceramic by gel casting method

بدنه‌هاي متخلخل Si3N4/BN به روش ريخته گري ژلي با 60 درصد وزني ماده جامد ساخته شد و تأثير افزودن 1 و 3 درصد وزني ذرات ميله‌اي h-BN بر روي ميزان تخلخل باقي‌مانده و ريزساختار بدنه‌ها مورد بررسي گرفت. نتايج نشان داد كه ذرات ميله‌اي h-BN در محيط آبي دوغاب آگلومره مي‌شوند، در نتيجه براي پراكنده شدن مناسب ذرات ميله‌اي h-BN در دوغاب, از عامل‌دار كردن سطح ذرات ميله‌اي توسط گروه‌هاي آميني (NH3) استفاده شد. هم‌چنين از سه تركيب كمك سينتر (Al2O3 5/1- Y2O3 5/4), (Al2O3 5/2- Y2O3 5/7) و(SiO2 5/3- Y2O3 5/6) (همگي درصد وزني) استفاده شد تا تأثير هر تركيب كمك سينتر بر روي ريزساختار بدنه‌هاي متخلخل Si3N4/BN مشخص شود. نتايج حاكي از آن بود كه وقتي از BN در بدنه سراميك استفاده شد (با wt%10 كمك سينتر (SiO2 5/3- Y2O3 5/6)، مقدار تخلخل باز از 45% در نمونه‌هاي‌ بدون BN به 53% در نمونه‌هاي حاوي BN wt%1 افزايش يافت ولي در نمونه حاوي BN wt%3 به 50% كاهش يافت كه به ساختار لايه‌اي شبه گرافيتي BN و خاصيت روانكاري كننده آن نسبت داده شد. در استفاده از تركيب كمك سينتر Al2O3-Y2O3 نيز نتايج مشابه بود. بررسي‌هاي آناليز فازي توسط XRD نشان داد فازهاي موجود در همه نمونه‌ها α-Si3N4 و -Si3N4 و Si2N2Oاست. در نمونه بدون BN و با استفاده از wt%6 و wt%10 كمك سينتر (Al2O3-Y2O3), فاز اصلي -Si3N4 است كه با اضافه ‌شدن BN, تشكيل فاز -Si3N4 در هر دو نمونه افزايش يافته است. اما در نمونه بدون BN و با wt%10 كمك سينتر (SiO2 5/3- Y2O3 5/6) مقدار فاز -Si3N4 كاهش يافت كه حاكي از كاهش دگرگوني‌ • بوده و با اضافه شدن مقدار BN wt%3، درصد تشكيل فاز -Si3N4 افزايش نشان داد ولي فاز اصلي در نمونه‌ها Si2N2O است.

Porous Si3N4/BN ceramics were made by gel casting method with 60 wt% solid loading, and the effect of adding 1 and 3wt.% of h-BN rod particles on the porosity and microstructure of the ceramics was investigated. The results showed that BN rod particles agglomerated in aqueous slurry. So that for the proper dispersion of BN particles in the slurry, functionalization of the particles surface by NH3 amino groups was used. Also, three aid sintering compounds (1.5Al2O3 - 4.5Y2O3) , (2.5Al2O3 – 7.5Y2O3) and (3.5SiO2-6.5Y2O3) (all weight percent) were used to determine the effect of each aid sintering compound on the microstructure of Porous Si3N4/BN ceramics. The results showed that when BN was used in the ceramic (with 10 wt% SiO2-Y2O3), the amount of open porosity increased from 45% in samples without BN to 53% in samples containing 1wt% BN, but in samples containing 3wt% BN it was reduced to 50%, which was attributed to the graphite – like BN layer structure and its lubricanting properties. The result were similar when using the Al2O3-Y2O3 combination. Phase analysis by XRD showed that the phases in all samples are α-Si3N4 , -Si3N4 and Si2N2O. In the sample without BN and with the 6wt% and 10wt% (Al2O3-Y2O3), the main phase is -Si3N4, which with the addition of BN, the formation of -Si3N4 phase has increased in the both samples. However, in the sample without BN and with 10wt% (SiO2-Y2O3), the value of -Si3N4 phase decreased, which indicates a decrease in the - transformation, and with the addition of 3wt% BN, the amount of -Si3N4 formation increased, but the main phase in the samples is Si2N2O.