ساخت بتاسیالون به صورت درجا به روش تف جوشی معمولی و بررسی اثر افزودن ایتریا و منیزیا بر خواص مکانیکی آن

سرامیک مهندسی سیالون با خواص مکانیکی و حرارتی برجسته ای که دارد در سال های اخیر مورد توجه برای ساخت قطعات پیشرفته بوده است. خواص مکانیکی در این سرامیک متناسب با ساختار آن بوده و ترکیب اولیه نقش بسزایی در تعیین آن دارد. در این تحقیق ترکیب اولیه در سیستم si-al-o-n متناسب با ساختار فازی بتاسیالون، از نیتریدسیلیسیم، نیترید آلومینیم و آلومینا به همراه افزودنی منیزیا و ایتریا به نسبت مختلف اضافه بر استوکیومتری انتخاب شد. پس از آسیاکاری، قرص خام به روش فشار هم محور ساخته و تف جوشی در دمای ℃ 1750 و اتمسفر نیتروژن (حداکثر 5 بار) انجام شد. محاسبه چگالی به روش ارشمیدس، ارزیابی ساختار با آزمون الگوی پراش (xrd) و بررسی خواص مکانیکی با آزمون استحکام خمشی سه نقطه-ای و میکرو سختی انجام شد. در تمامی نمونه ها انقباض به خوبی انجام شده و مقادیر چگالی بیش از 3 گرم بر سانتیمتر مکعب بدست آمد. درصد تخلخل ظاهری بسیار پایین و جذب آب به صفر میل کرد. افزایش نسبت افزودنی اضافی ایتریا از 3 به 7 درصد وزنی و همچنین جایگزینی ایتریا با منیزیا در محدوده 3 درصد وزنی، اگرچه سبب افزایش نسبت اکسیژن به نیتروژن می شود ولی بر چگالش اثر محسوسی نداشت و سختی نیز افت کرد. بیشترین سختی 1820 ویکرز مربوط به نمونه با کمترین مقدار افزودنی بدست آمد. استحکام خمشی نمونه ها در بازه 248 الی 321 مگاپاسکال حاصل شد.

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

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).