بررسی تاثیر افزودن ذرات h-bn میله‌ای و کمک سینترها روی ریزساختار و تشکیل فازها در بدنه متخلخل si3n4 ساخته شده به روش ریخته گری ژلی

بدنه‌های متخلخل si3n4/bn به روش ریخته گری ژلی با 60 درصد وزنی ماده جامد ساخته شد و تاثیر افزودن 1 و 3 درصد وزنی ذرات میله‌ای h-bn بر روی میزان تخلخل باقی‌مانده و ریزساختار بدنه‌ها مورد بررسی گرفت. نتایج نشان داد که ذرات میله‌ای h-bn در محیط آبی دوغاب آگلومره می‌شوند، در نتیجه برای پراکنده شدن مناسب ذرات میله‌ای h-bn در دوغاب, از عامل‌دار کردن سطح ذرات میله‌ای توسط گروه‌های آمینی (nh3) استفاده شد. هم‌چنین از سه ترکیب کمک سینتر (al2o3 5/1- y2o3 5/4), (al2o3 5/2- y2o3 5/7) و(sio2 5/3- y2o3 5/6) (همگی درصد وزنی) استفاده شد تا تاثیر هر ترکیب کمک سینتر بر روی ریزساختار بدنه‌های متخلخل si3n4/bn مشخص شود. نتایج حاکی از آن بود که وقتی از bn در بدنه سرامیک استفاده شد (با wt%10 کمک سینتر (sio2 5/3- y2o3 5/6)، مقدار تخلخل باز از 45% در نمونه‌های‌ بدون bn به 53% در نمونه‌های حاوی bn wt%1 افزایش یافت ولی در نمونه حاوی bn wt%3 به 50% کاهش یافت که به ساختار لایه‌ای شبه گرافیتی bn و خاصیت روانکاری کننده آن نسبت داده شد. در استفاده از ترکیب کمک سینتر al2o3-y2o3 نیز نتایج مشابه بود. بررسی‌های آنالیز فازی توسط xrd نشان داد فازهای موجود در همه نمونه‌ها α-si3n4 و -si3n4 و si2n2oاست. در نمونه بدون bn و با استفاده از wt%6 و wt%10 کمک سینتر (al2o3-y2o3), فاز اصلی -si3n4 است که با اضافه ‌شدن bn, تشکیل فاز -si3n4 در هر دو نمونه افزایش یافته است. اما در نمونه بدون bn و با wt%10 کمک سینتر (sio2 5/3- y2o3 5/6) مقدار فاز -si3n4 کاهش یافت که حاکی از کاهش دگرگونی‌ • بوده و با اضافه شدن مقدار bn wt%3، درصد تشکیل فاز -si3n4 افزایش نشان داد ولی فاز اصلی در نمونه‌ها si2n2o است.

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

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.