SEPİYOLİTTEN KARBO-TERMAL İNDİRGEME VE NİTRÜRLEME (KTİN) İLE Si3N4 ELDESİNDE SAFSIZLIKLARIN α-β-Si3N4 DÖNÜŞÜM ORANLARINA ETKİSİ

Yıl 1996, Cilt: 11 Sayı: 2, 0 - , 01.03.2013

Halil Arık Abir Çatma

Öz

Silisyum nitrür (Si3N4) üstün mekanik ve termomekanik özellikleri olan ve son yıllarda üzerinde pek çok çalışma yapılan bir teknolojik seramik malzemedir. Yüksek sıcaklıklarda göstermiş olduğu sertlik, aşınma direnci ve düşük ısıl genleşme katsayısından dolayı genellikle aşınmaya ve sıcaklığa karşı yüksek performans gerektiren alanlarda başarıyla kullanılmaktadır. α ve β olmak üzere iki
farklı polimorfik yapıda kristallenen Si3N4 hegzagonal kristal kafes yapısına sahiptir. Si3N4 başta silisyumun (Si) azot (N2) ortamında nitrürlenmesi veya silikanın (SiO2) karbonla indirgenip azotla nitrürlenmesi olmak üzere değişik yöntemlerle üretilebilmektedir. Bu çalışmada sepiyolit olarak bilinen magnezyum hidrosilikat kil mineralinden KTİN yoluyla Si3N4 üretiminde sepiyolitin içerdiği MgO, Fe2O3, Al2O3, TiO2, CaO, Na2O ve K2O gibi oksit haldeki safsızlıkların elde edilen nihai ürünün α - β faz oranlarına olan etkisi araştırılmıştır. Dönüşüm numunelerin XRD ve SEM-EDX analizleri sepiyolitin içerdiği safsızlıkların nitrürleme esnasında yapının α yerine β-şeklinde dönüşümünü sağladığı tesbit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Sepiyolit, silisyum nitrür, faz dönüşümü

EFFECT OF IMPURITIES ON THE α / β RATIO OF Si3N4 DURING THE PRODUCTION Si3N4 BY CARBO-THERMAL REDUCTION AND NITRIDATION FROM SEPIOLITE

Öz

Silicon nitride (Si3N4) which has high mechanical and thermo-mechanical properties
is an engineering ceramic. Research interest on Si3N4 increases continuously in last
30 years. Particularly because of hardness, wear resistance and low thermal
expansion coefficient at high temperatures, Si3N4 has a wide use area, where high
performance is required against temperature and wear. Silicon nitride crystallizes in
the two hexagonal modifications α and β. Si3N4 can be produced by nitridation of
silicon with nitrogen (N2) or by carbo-thermal reduction and nitridation of silica
(SiO2). In this study Si3N4 was produced by carbo-thermal reduction and nitridation of sepiolite which is known as a magnezium hidrosilicate clay mineral. Then, effect
of some impurities (MgO, Fe2O3, Al2O3, TiO2, CaO, Na2O and K2O) on the α/β ratio
of Si3N4 during carbothermal reduction and nitridation of sepiolite was determined.
All samples which were analyzed by XRD and SEM-EDX showed that β-Si3N4 is
easily obtained instead of α-Si3N4 in the presence of the impurities.

Anahtar Kelimeler

Sepiolite, silicon nitride, phase transformation