ساخت درجاي تركيب سيالون همراه با كمك افزودني ايتريا و منيزيا به روش پلاسماي جرقه اي و بررسي ساختار و خواص مكانيكي آن

The effect of Y2O3 and MgO additive on phase composition, microstructure and mechanical properties of SiAlON produced by SPS

سيالون به عنوان محلول جامد نيتريدسيليسيم با خواص مكانيكي و حرارتي برجسته گزينه ي مناسبي براي ساخت قطعات سراميك مهندسي مي باشد. بكارگيري افزودني هاي مختلف براي ساخت اين سراميك بر خواص نهايي آن نقش بسزايي دارد. در اين پژوهش تركيب اوليه در سيستم Si-Al-O-N متناسب با محدوده فازي بتاسيالون همراه با افزودن كمك تف جوشي اضافه بر استوكيومتري ايتريا و منيزيا انتخاب شد. ساخت به روش پلاسماي جرقه (SPS) در دماي ℃ 1650 به مدت 15 دقيقه و با اعمال فشار تك محوره 40 مگاپاسكال انجام شد. محاسبه چگالي به روش ارشميدس و بررسي ساختاري توسط آزمون الگوي پراش (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) انجام شد. نتايج نشان داد افزودن منيزيا بر چگالش تاثير قابل توجهي نداشته ولي در تعيين ساختار فازي نهايي موثر است. نمونه اول با كمترين مقدار افزودني اضافه بر استوكيومتري (3درصد وزني ايتريا) با ساختار فازي بتاسيالون بيشينه استحكام خمشي (289/35 مگاپاسكال) را نشان داد. سختي اين نمونه 1729/96 ويكرز بوده و در ريزساختار، غالب دانه ها به صورت منشوري كشيده و زير 8 ميكرون مشاهده شد.

Sialon is a solid solution of silicon nitride with outstanding mechanical and thermal properties and is a suitable option for the manufacture of engineering ceramic parts. The use of various additives to make this ceramic has a significant role in its final properties. In this study, the initial composition in the Si-Al-O-N system was selected in accordance with the phase range of beta-Sialon along with the addition of annealing aid in addition to the stoichiometry of Y2O3 and Magnesia. Fabrication was performed by the spark plasma sintering (SPS) method at 1650, for 15 minutes with a uniaxial pressure force of 40 MPa. Density was calculated by the Archimedes method and structural analysis was performed by diffraction pattern test (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The results showed that the addition of magnesia did not have a significant effect on density but was effective in determining the final fuzzy structure. The first sample showed the maximum flexural strength (289.35 MPa) with the least amount of additive added over stoichiometry (3% by weight of yttria) with beta-Sialon phase structure. The hardness of this sample was 1729/96 Vickers and in the microstructure, most of the grains were prismatically elongated and observed below 8 microns.