Sol-Jel ve Karbotermal İndirgenme-Nitrürleme Kombine Tekniği ile SiAlON Sentezi

Yıl 2018, Cilt: 22 Sayı: 2, 937 - 942, 15.08.2018

Derya Düzenli Meryem Seferinoğlu

Öz

Bu çalışmada sol-jel yöntemi ile birleştirilen karbotermal indirgenme-nitrürleme tekniği ile düşük sıcaklıklarda β-sialon seramiği (Si_6-zAl_zO_zN_8-z) üretimi incelenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında istenilen özellikte jelin elde edildiği optimum reaksiyon koşulları farklı reaktif başlangıç oranlarının denenmesiyle belirlenmiştir. Daha sonra uygulanan işlem sıcaklığı gibi reaksiyon parametrelerinin ürün yapısına ve özelliklerine etkisi incelenmiştir. Reaktif başlangıç mol oranları alüminyum iso-propoksit (AlP)/ tetra etilen orto silikat (TEOS): 0.2, hidroklorik asit (HCl)/TEOS: 0.2 ve H₂O/TEOS: 6.0 olan reaksiyon koşullarında istenilen özelliklere sahip jel yapısının elde edilebileceği görülmüştür. Ayrıca elde edilen ürün fazları üzerine sinterleme yardımcı maddelerinin etkisini belirlemek amacıyla farklı mol oranında metal nitrat (Ca(NO₃)₂ ve Mg(NO₃)₂) tuzları sentez basamağında yapıya eklenmiştir. Eklenen magnezyum nitrat, Mg(NO₃)_2,  tuzu beklendiği gibi azot içeren türlerin artmasını sağlamıştır.

Anahtar Kelimeler

Sialon, Sol-jel; Karbotermal indirgenme-nitrolama

Kaynakça

• [1] Ortega, A., Alacalá, M.D., Real, C. 2008. Carbothermal Synthesis of Silicon Nitride (Si3N4): Kinetics and Diffusion Mechanism. Journal of Materials Processing Technology, 195(2008), 224-231.
• [2] Chen, K., Zhaohui, H., Liu, Y., Fang, M., Huang, J., Xu, Y. 2013. Synthesis of β-Si3N4 Powder from Quartz via Carbothermal Reduction Nitridation, Powder Technology, 235(2013), 728-734.
• [3] Xu, L-H., Lian, F., Zhang, H., Bi, Y-B., Cheng, K., Qian, Y-B. 2006. Optimal Design and Preparation of Beta-SiAlON Multiphase Materials from Natural Clay. Materials and Design, 27(2006), 595-600.
• [4] Özmen, Y., Jahanmir, S. 2015. Sulu Ortamda Silisyum Nitrür Üzerindeki Nanoyapılı Yüzeylerin Çok Düşük Sürtünme Özellikleri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(2015), 337-343.
• [5] Ekelund, M., Forslund, B. 1992. Carbotermal Preparation of Silicon Nitride: Influence of Starting Material and Synthesis Parameters. Journal of The American Ceramic Society, 75(1992), 532-539.
• [6] Liu, G., Chen, K., Zhou, H., Ning, X., Pereira, C., Ferreira, J. M. F. 2006. Preparation of Ca α-SiAlON Powdes with Rod-Like Crystals by Combustion Synthesis. Ceramic International, 32(2006), 411-416.
• [7] Xikun, L., Jing, L., Like, Q., Tong, C., Guanming, Q., Yanbin, S. 2007. Composition, Characteristics and Development of Advanced Ceramic Cutting Tools, Journal of Rare Earths, 25(2007), 287-294.
• [8] Uludag, A., Turan, D. 2015. SiAlON Ceramics for the High Temperature Applications: High Temperature Creep Behavior. International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing, 3 (2015), 105-09.
• [9] Çalış, N., Kuşkan, Ş. R., Kara, F. Mandal, H. 2004. Functionally Graded Sialon Ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 24(2004), 3387-3393.
• [10] Pradeilles, N., Record, M.C., Granier, D. Marin-Ayral R.M. 2008. Synthesis of β-SiAlON: A Combined Method Using Sol–Gel and SHS Processes. Ceramics International, 34(2008), 1189–1194.
• [11] Yi, X., Akiyama, T. 2010. Mechanical-Activated, Combustion Synthesis of β-SiAlON. Journal of Alloys and Compounds, 495(2010), 144-148.
• [12] Zhang, C., Komeya, T. J., Meguro, T. Cheng, Y. B. 2010. Synthesis of Mg-α-SiAlON powders from talc and halloysite clay minerals. Journal of European Ceramic Society, 20(2010), 1809-1814.
• [13] Lizer, M. S., Terpstra, R. A., Metselaar, R. 1995. Carbothermal Production of β'-Sialons from Alumina, Silica and Carbon Mixture. Journal of Materials Science, 30(1995), 6363-6369.
• [14] Mackenzie, K. J. D.,Meinhold, R. H, White, G. V., Sheppard, C. M. 1994. Carbothermal Formation of β’-Sialon from Kaolinite and Holloysite Studied by 29Si and 27Al Solid State MAS NMR. Journal of Materials Science, 29(1994), 2611-2619.
• [15] Yamamoto, O. Ishada, M., Saitoh, Y., Sasamoto, T., Shimada, S. 2001. Influence of Mg2+ on the Formation of β-sialon by Carbothermal Reduction-Nitridation of Homogeneous Gel. Internatiol Journal of Inorganic Materials, 3(2001), 715-719.
• [16] Antsiferov, V. N., Gilev, V.G., Karmanov V. I. 2003. Infrared Spectra and Structure of Si3N4, Si2ON2, and Sialons. Refractories and Industrial Ceramics, 44(2003), 108-113.
• [17] Musić, S., Filipović-Vinceković, N., Sekovanić, L. 2011. Precipitation of Amorphous SiO2 Particles and Their Properties. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 28(2011), 89-94.
• [18] Gilev, G. V. 2001. IR Spectra and Structure of Si-Al-O-N Phases Prepared by Carbothermal Reduction of Kaolin in Nitriding Atmosphere. Inorganic Materials, 37(2001), 1041-1045.
• [19] Farahmandjou, M., Golabiyan, N. 2015. New Pore Structure of nano-alumina (Al2O3) Prepared by Sol Gel Method. Journal of Ceramic Processing Research, 16(2015), 237-240.
• [20] Roy, J., Maitra, S. 2014. Synthesis and Characterization of Sol-Gel-Derived Chemical Mullite. Journal of Ceramic Science and Technology, 5(2014), 57-62.
• [21] Yue, J., Dong, B., He, E., Wang, H. 2011. Porous β-SiAlON Ceramic with Closed Packed Macropore. Materials and Manufacturing Process, 26 (2011), 1229-1232.
• [22] Gan, L., Mao, Z.Y., Zeng, X.H., Zhang, Y.Q., Zhao, y., Xu, F.F., Zhu, Y.C., Liu, X.J. 2014. The origin of bimodal luminescence of β-SiAlON:Eu2+ phosphors as revealed by fluorescence microscopy and cathodoluminescence analysis, Materials Research Bulletin 51 (2014), 205-209.
• [23] Pradeilles, N., Record M. C., Granier D., Marin-Ayral, R. M. 2008. Synthesis of β-SİAlON: A combined method using sol-gel and SHS processes. Ceramics International 34 (2008), 1189-1194.