Politeknik Dergisi 2147-9429 Gazi University 10.2339/politeknik.605397 Engineering Mühendislik Enhancing the Optical Properties of α-SiAlON Ceramics Using Two-Stage High Energy Milling Method α-SiAlON Seramiklerin Optik Özelliklerinin İki Aşamalı Yüksek Enerjili Öğütme Yöntemi Kullanılarak Geliştirilmesi https://orcid.org/0000-0003-0980-2029 Avcıoğlu Suna ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ https://orcid.org/0000-0002-7554-3419 Kurama Semra Eskişehir Teknik Üniversitesi https://orcid.org/0000-0003-0592-3990 Ayas Erhan Eskişehir Teknik Üniversitesi https://orcid.org/0000-0002-9134-820X Gürcan Kubra Eskişehir Teknik Üniversitesi 12 01 2020 23 4 1051 1057 08 15 2019 10 17 2019 Copyright © 1998, Journal of Polytechnic 1998 Journal of Polytechnic

Inthis study, semi-transparent Dy/Y-α-SiAlON ceramics were produced using sparkplasma sintering (SPS) technique. The effects of the production of the initialpowder mixture by two-stage high-energy milling method on the phasecomposition, microstructure and optical properties of translucent α-SiAlONceramics were investigated. In the first stage of the milling process, it wasaimed to reduce the amount of AlN based secondary phases (polypoids) whichcould occur in the final product by reducing the particle size before addingthe AlN powder to the mixture and to reduce the decrease in transparency due tothe variety of phases. The particle size distribution of the AlN powders beforeand after milling was characterized by laser diffraction spectroscopy.Microstructure and phase characterization of spark plasma sintered (SPS)α-SiAlON ceramics were performed using scanning electron microscopy (SEM) andX-ray diffraction (XRD) techniques, respectively. The infrared (IR)transmission of the ceramics was investigated using FT-IR in the 3000-7000 cm-1wavenumber range. The results showed that the particle size of the AlN powderwas effective on the morphology, phase composition and optical properties ofthe α-SiAlON ceramics.

Bu çalışmada, yarı saydam Dy/Y-α-SiAlONseramikler kıvılcım plazma sinterleme (SPS) tekniği kullanılarak üretilmiştir.Başlangıç toz karışımının iki aşamalı yüksek enerjili öğütme yöntemi ilehazırlanmasının yarı saydam α-SiAlON seramiklerin faz bileşimi, mikro yapısı veoptik özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Öğütme sürecinin ilkaşamasında, AlN tozu karışıma eklenmeden önce tane boyutunun küçültülmesi ileson üründe meydana gelebilecek olan AlN esaslı ikincil fazların (politipler)miktarının azaltılması ve faz çeşitliliği nedeni ile transparanlıkta meydanagelen kaybın giderilmesi amaçlanmıştır. Öğütme işlemi öncesi ve sonrası AlNtozların parçacık boyutu dağılımı, lazer kırınım spektroskopisi ile karakterizeedilmiştir. Kıvılcım plazma sinterleme (SPS) tekniği ile üretilmiş α-SiAlONseramiklerin mikro yapısı ve faz karakterizasyonu sırasıyla taramalı elektronmikroskobu (SEM) ve X-ışını kırınım (XRD) teknikleri kullanılarakgerçekleştirilmiştir. Seramiklerin kızıl ötesi (IR) geçirgenliği FT-IRkullanılarak 3000–7000 cm-1 dalga sayısı aralığında incelenmiştir.Sonuçlar, AlN tozunun parçacıkboyutunun, α-SiAlON seramiklerin morfolojisi, faz bileşimi ve IR-geçirimiüzerinde etkili olduğunu göstermiştir.

 SiAlON Optik Özellik AlN Boyutu Mikroyapı Faz Çeşitliliği SiAlON Optical properties AlN Powder size Microstructure Phase Diversity [1] Karunatne B. S. B., Lumby R. J., Lewis M. H., ‘‘Rare-Earth-Doped α-Sialon Ceramics with Novel Optical Properties’’, J. Mater. Res., 11: 2790–2794, (1996) [2] Jones M.I., Hyuga H., Hirao K., “Optical and Mechanical Properties of α/β Composite Sialons”, J. Am. Ceram. Soc., 86 (3): 520-522, (2003) [3] Shan Y., Xu J., Guan C., Li J., “Preparation and Properties of Translucent Y-α-Sialon Ceramics by Two-Steps Hot Pressing”, Key Engineering Materials, 434: 661-663, (2010) [4] Jones M.I., Hyuga H., Hirao K., Yamauchi Y., “Highly Transparent Lu‐α‐SiAlON” J. Am. Ceram. Soc., 87 (4) (2004) 714-716. [5] Xiong Y., Fu Z., Wang H., Wang W., Zhang J., Zhang Q, Wohn S., Niihara L. K., “Translucent Mg‐α‐Sialon Ceramics Prepared by Spark Plasma Sintering”, J. Am. Ceram. Soc., 90(5): 1647-1649, (2007) [6] M. Mitomo, Y. Moriyoshi, T. Sakai, T. Ohsaka, and M. Kobayashi, ‘‘Translucent β-SiAlON Ceramics,’’ J. Mater. Sci. Lett., 1: 25–26, (1982) [7] Mandal H., ‘‘New Developments in a-Sialon Ceramics,’’ J. Eur. Ceram. Soc., 19:2349-2357, (1999) [8] Xinlu S., Peiling W., Weiwu C., Bo Z., Yibing C., Dongsheng Y., “Translucent α‐Sialon Ceramics by Hot Pressing”, J. Am. Ceram. Soc. 87(4):730-732, (2004) [9] Krell A., Blank P., Ma H., Hutzler T., Van B. M., Apetz, R., “Transparent sintered corundum with high hardness and strength”. J. Am.Ceram. Soc., 86(1):12–18 (2003) [10] Krell, A., Hutzler, T., Klimke, J., “Transmission physics and consequences for materials selection, manufacturing, and applications”, J. Eur. Ceram. Soc., 29:207–221, (2009) [11] Kurama S., Avcıoğlu S., Ayas E., “Optimization of the optical properties of α-SiAlON through a decrease in starting powder size”, J. Eur. Ceram. Soc., 35(12):3229-3235, (2015) [12] Camuscu N., Thompson D. P., Mandal H., “Effect of starting composition, type of rare earth sintering additive and amount of liquid phase on α ⇆ β sialon transformation” J. Eur. Ceram. Soc., 17(4):599-613, (1997) [13] Kurama S., Herrmann M., Mandal H., “The effect of processing conditions, amount of additives and composition on the microstructures and mechanical properties of α-SiAlON ceramics” J. Eur. Ceram. Soc. 22(1):109-119, (2002) [14] Gschneidner K. A., “Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths”, Optical Spectroscopy, Volume: 37, North Holland; 1st Edition (2007) [15] Krell A, Klimke J. “Effects of the homogeneity of particle coordination on solid-state sintering of transparent alumina”, J. Am.Ceram. Soc. 89(6): 1985-1992, (2006) [16] Avcıoğlu S., Kurama S., “Investigation of the influence of initial powder size on the optical properties of Dy-α-SiAlON ceramics fabricated by gas pressure sintering”, Ceramics International, 43(S1): S449-S454, (2017)