بررسی اثر افزودنی اکسید ایتریم در ریزساختار و خواص مکانیکی سرامیک نیترید سیلیسیم تف‌جوشی شده به روش بدون فشار

در متراکم‌سازی پودرهای غیر اکسیدی همچون نیترید سیلیسیم در دماهای بالا به دلیل حضور اکسیژن در کنار فاز مایع و لزوم وجود اتمسفر نیتروژنی با فشار مثبت، چالش هایی وجود دارد. از همین رو در تف جوشی بدون فشار استفاده از کمک افزودنی که بتواند دمای فاز مذاب را پایین آورد تا نرخ رشد دانه های میله ای شکل فاز بتا افزایش پیدا کند حائز اهمیت است. در پژوهش حاضر به بررسی اثر افزودنی اکسید ایتریم با مقادیر 3، 6 و 9 درصد وزنی در تف جوشی سرامیک نیترید سیلیسیم در دمای 1750 درجه سانتی‌گراد پرداخته شده است. در این پژوهش باتوجه‌به رویکرد مطالعه تغییرات مورفولوژیکی، فازی و ساختاری قطعات تف‌جوشی شده به بررسی و تحلیل ریزساختار و خواص مکانیکی آنها پرداخته شده است. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی نشان می دهد که افزایش میزان افزودنی باعث نرخ بالاتر نسبت طول به عرض دانه های بتا به دلیل کاهش دمای فاز مایع شده است. سرامیک نیترید سیلیسیم دارای چگالی تئوری 3٫2 گرم بر سانتی‌متر مکعب بوده که در تف جوشی بدون فشار 50% چگالی تئوری حاصل شد. نتایج حاصل از پراش اشعه ایکس حاکی از آن است که مقدار فاز بتا در سیستم رابطه مستقیمی با درصد افزودنی دارد، بیشترین استحکام مکانیکی (120 مگاپاسکال) به‌دست‌آمده مربوط به نمونه با 10 درصد وزنی افزودنی است.

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

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.