بررسي اثر افزودني اكسيد ايتريم در ريزساختار و خواص مكانيكي سراميك نيتريد سيليسيم تف‌جوشي شده به روش بدون فشار

Investigation of the effect of Y2O3 additive on the microstructure and mechanical properties of sintered Si3N4 ceramics by pressureless method

در متراكم‌سازي پودرهاي غير اكسيدي همچون نيتريد سيليسيم در دماهاي بالا به دليل حضور اكسيژن در كنار فاز مايع و لزوم وجود اتمسفر نيتروژني با فشار مثبت، چالش هايي وجود دارد. از همين رو در تف جوشي بدون فشار استفاده از كمك افزودني كه بتواند دماي فاز مذاب را پايين آورد تا نرخ رشد دانه هاي ميله اي شكل فاز بتا افزايش پيدا كند حائز اهميت است. در پژوهش حاضر به بررسي اثر افزودني اكسيد ايتريم با مقادير ۳، ۶ و ۹ درصد وزني در تف جوشي سراميك نيتريد سيليسيم در دماي ۱۷۵۰ درجه سانتي‌گراد پرداخته شده است. در اين پژوهش باتوجه‌به رويكرد مطالعه تغييرات مورفولوژيكي، فازي و ساختاري قطعات تف‌جوشي شده به بررسي و تحليل ريزساختار و خواص مكانيكي آنها پرداخته شده است. تصاوير حاصل از ميكروسكوپ الكتروني نشان مي دهد كه افزايش ميزان افزودني باعث نرخ بالاتر نسبت طول به عرض دانه هاي بتا به دليل كاهش دماي فاز مايع شده است. سراميك نيتريد سيليسيم داراي چگالي تئوري ۳٫۲ گرم بر سانتي‌متر مكعب بوده كه در تف جوشي بدون فشار 50% چگالي تئوري حاصل شد. نتايج حاصل از پراش اشعه ايكس حاكي از آن است كه مقدار فاز بتا در سيستم رابطه مستقيمي با درصد افزودني دارد، بيشترين استحكام مكانيكي (۱۲۰ مگاپاسكال) به‌دست‌آمده مربوط به نمونه با ۱۰ درصد وزني افزودني است.

Densifying non-oxide powders such as silicon nitride at high temperatures due to the presence of oxygen along with the liquid phase and the need for a positive pressure nitrogen atmosphere is challenging. Therefore, in pressureless sintering, choosing the proper additive that can lower the melt phase temperature to speed up the growth rate of beta-phase rod grains. In the present study, the effect of yttrium oxide additive with 3, 6, and 9% on the sintered silicon nitride ceramic has been investigated. In this study, the morphological, phase transformation, and structural changes of the sintered parts, the microstructure, and their mechanical properties have been studied. Electron microscope images show that increasing the amount of additive causes a higher ratio of length to width of beta grains due to lower liquid phase temperature. the theoretical density of Si3N4 ceramic is 3.2 g/cm3, which was achieved at 50% of it by the pressureless sintering method. The results of X-ray diffraction indicate that the amount of beta phase in the system is directly related to the percentage of additive, the highest mechanical strength (120 MPa) obtained is related to the sample with 9% Y2O3.