Production of Sİ3N4 AddedY2O3MgO

Year 2014, Volume: 14 Issue: 3, 571 - 575, 01.12.2014

Nuray Karakuş H.özkan Toplan

Abstract

Silicon nitride (Si3N4) ceramics have common application areas due to their marvelous thermomechanic properties. These materials are used heavily in cutting tools, ball bearings, motor valves and the other wear resistant tools. The microstructural growth of Si3N4 ceramic is controlled by three different parameters; properties of initial Si3N4 powders, compositions of sintering reagents and sintering conditions. Generally, MgO, Y2O3, Al2O3 and rare earth oxides are used as sintering additives. In this study, α-phase rich Si3N4 powders were synthesized containing sintering additive by carbothermal reduction and nitridation. The starting agent for silicon source was high-purity synthetic silica. MgO and Y2O3 powders were premixed (wt. %4 Y2O3 - %6 MgO, %5 Y2O3 - %5 MgO and %6 Y2O3 - %4 MgO) in the starting reactants depending on the final powder composition and the type and amount of the secondary phases desired for sintering. The synthesis was carried out in a tube furnace at different temperature (1400°C, 1450°C and 1475°C-3h) ranges under nitrogen gas atmosphere.In this way, the sintering additives dispersed in the structure more homogeneously and sinterable the starting material is produced. Having completed synthesis process, α-SiN powder properties were examined by using XRD, SEM, etc. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

Keywords

-

Y2O3-MgO Katkılı Si3N4 Üretimi

Abstract

Silisyum nitrür (Si3N4) seramikler mükemmel termomekanik özellikleri sayesinde pek çok kullanım alanı bulmuşlardır. Son yıllarda silisyum nitrür malzemeler kesici uçlarda, bilyalı rulmanlarda, motor vanalarında ve diğer aşınmaya dirençli parçalarda yoğunlukla kullanılmaktadırlar. Si3N4 seramiklerin mikroyapısal gelişmeleri üç farklı parametre ile kontrol edilir; Si3N4 başlangıç tozların özellikleri, sinterleme yardımcılarının kompozisyonları ve sinterleme durumları. Sinterleme yardımcısı olarak genellikle MgO, Y2O3, Al2O3 ve nadir toprak oksitleri kullanılmaktadır.Bu çalışmada sinterleme yardımcısı olarak ilave edilecek oksitlerin silisyum nitrür üretimi sırasında sisteme katılması ve bu sayede kendinden katkılı silisyum nitrür üretimi amaçlanmıştır. Bu amaçla karbotermal indirgeme ve nitrürleme (KTİN) yöntemi ile içerisinde sinter katkısı bulunan α-Si3N4 tozları üretilmiştir. KTİN işlemi için hammadde olarak kullanılan SiO2 tozuna sinter katkısı olarak Y2O3 ve MgO tozları, ağ. %4 Y2O3 - %6 MgO, %5 Y2O3 - %5 MgO ve %6 Y2O3 - %4 MgO oranlarında işlem öncesinde ilave edilmiştir. Hazırlanan karışım farklı sıcaklıklarda (1400, 1450 ve 1475°C) 3 saat süre ile azot atmosferi altında karbotermal indirgemeye maruz bırakılmıştır. Sonuçta içerisinde katkı oksitlerinden kaynaklanan ara fazlar bulunan α-Si3N4 tozları üretilmiştir. Bu sayede sinter katkıları yapı içinde daha homojen dağılmış, sinterlemeye hazır başlangıç malzemesi üretilmiştir. Üretilen katkılı α-Si3N4 tozlarına XRD, SEM gibi analizler uygulanmıştır.

Keywords

Silisyum nitrür, Y2O3, MgO, Karbotermal indirgeme ve nitrürleme

References

• Arık, H.,1996. SepiyolittenKarbotermal İndirgeme ve Nitrürleme Yoluyla Silisyum Nitrür (Si3N4) Seramik Toz Üretimi Parametrelerinin Araştırılması. Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi, 143.
• Becher, P., F., Painter, G., S., Shibata, N., Satet, R., L., Hoffmann, M., J., Pennycook, S., J., 2006. Influence of additives siliconnitrideceramics.MaterialsScienceandEngineerin g A, 422, 85-91. in Carrasquero, E.,Bellosi, A., Staia, M., H., of 2005.Characterizationandwearbehaviour modifiedsiliconnitride.International Journal of RefractoryMetals& Hard Materials, 23, 391-397.
• Günay, V.,1993. Si3N Seramiklerin Sinterlenmesi. 7. Uluslararası Metalurji ve Malzeme Kongresi Bildiriler Kitabı, Ankara, cilt 1, 717-722.
• Hirata, T.,Akiyama, K., Morimoto, T., 2000. Synthesis of β-Si3N4particlesfrom α-Si3N4particles.Journal of theEuropeanCeramicSociety, 20, 1191-1195. J., Hoffmann, M., Petzow, G., 1994. Tailoredmicrostructures of siliconnitrideceramics. Pure&Appl. Chem.,56, 1807-1814.
• Karakuş, N.,2010. Nitrür Esaslı Seramik Tozların Yerli Hammaddelerden Üretilmesi ve Karakterizasyonu. Doktora tezi, Sakarya Üniversitesi, 160.
• Karakuş, N., Kurt, A., O., Toplan, H., O., 2009.Synthesizinghigh α-phase Si3N4 scontainingsinteringadditives.Ceramics International, 35, 2381-2385. powder
• Kuşkonmaz, N., Toy, Ç., Addemir, O., Tekin, A., 1993. Karbotermal Redüksiyon ve Nitrürleme ile Si3N4 Seramik Toz Sentezini Etkileyen Parametreler. 7. Uluslararası Metalurji ve Malzeme Kongresi Bildiriler Kitabı, Ankara, cilt 1, 587- 599.
• Matovic, B.,2003. Low Temperature Sintering Additives for Metallforschung, Ph.DThesis, Stuttgart, 125. Max-Planck Institutfür
• Shuba, R.,2005. Relationship Between Chemistry, MicrostructureandMechanicalProperties of α-SiAlON. Ph.DThesis, Pennsylvania University, Materials Science, 356.
• Yang, J., F., Shan, S., Y., Janssen, R., Schneider, G., Ohji,
• T., Kanzaki, S., 2005.Synthesis of fibrousβ
• Si3N4structuredporousceramicsusingcarbothermalnit
• ridation of silica.ActaMaterialia, 53, 2981-2990.