16713

بررسي اثر افزودني¬هاي(Al2O3 , Y2O3) بر ريزساختار، خواص فيزيكي و مكانيكي بدنه¬هاي Si3N4 زينتري

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد-سراميك

92

95/2/13

دكتر گلستاني فرد- دكتر افتخاري يكتا

دكتر نقي زاده

متالورژي

سراميك¬هاي سيليكون نيتريد، به طور روز افزون، در بازارها به عنوان پايه¬هاي تريبولوژيكي مانند بولبرينگ، آب¬بند و سايراجزاي مهندسي مطرح مي¬شوند. مواد سيليكون نيتريد چگالي و ضريب انبساط كمتري نسبت به فلزات و همچنين به دليل پايداري مكانيكي و مقاومت به خوردگي در يك بازه¬ي وسيع نسبت به ساير مواد سراميكي استحكام بالا، برتري دارند. مواد پايه سيليكون نيتريدي با چگالي بالا مي-توانند توسط كمك زينترها به منظور ايجاد يك فاز مايع، زينتر شوند. با اين حال، فاز مايع، ايجاد فاز بين دانه¬اي را كه بر حسب تركيب، مقدار و پراكندگي، بر خواص فيزيكي و مكانيكي مؤثر اند، ترويج مي¬كند. در اين راستا استفاده از افزودني¬هاي اكسيد كمياب خاكي براي رسيدن به سيليكون نيتريد با چگالي بالا يك روش معمول است. دراين پژوهش تركيبي از افزودني¬هاي Y2O3 و Al2O3 به عنوان افزودني مطلوب¬تر انتخاب شد. افزودني-هاي ايتريا و آلومينا با نسبت 1:1 ،1:2 و 1:3 و با مجموع مقدار 9 و 12 درصد وزني، به پودر سيليكون نيتريد افزوده شد و پس از اختلاط مناسب، در دماي oC 1730 پرس گرم شدند. بيشترين مقدار دانسيته براي نمونه با 6% وزني Y2O3 و 3% وزني Al2O3، برابر با 6/96 % دانسيته تئوري بدست آمد. اين نمونه همچنين داراي بيشترين مقدار سختي در بين ساير نمونه و با مقدار عددي GPa 5/17 ولي پايين¬ترين مقدار چقرمگي شكست برابر با MPa.m1/26/5 مي¬باشد. بررسي¬هاي فازي با آناليز XRD حدود 97 % فاز سيليكون نيتريد را مربوط به فاز β و نيز فاز مربوط به سيستم SiO2-Al2O3-Y2O3را اغلب به حالت كريستاليزه نشان داد. نمونه¬ها تحت بررسي سايش قرار گرفته و ميزان ضريب اصطكاك (µ)آن¬ها در بازه¬ي 5/0-38/0، كه مقدار مناسبي براي كاربردهاي مقاوم در برابر سايش است، بدست آمد. واژه‌هاي كليدي:سيليكون نيتريد، كمك زينتر، پرس گرم.

1395/12/02

4/20/2017 12:00:00 AM

Silicon nitride ceramics are gaining recognition in the market as triboelements such as ball bearing, seal an​d engine parts. Si3N4 materials have lower density an​d thermal expansion than metals, an​d their mechanical stability an​d corrosion resistance over a wide range of temperature are superior to those of several other high-strength ceramic materials. Dense Si3N4 based materials can be fabricated by the use of additives to provide a liquid phase which allows sintering. However, the liquid phase promotes the formation of intergranular phases, which influence the mechanical an​d physical properties, depending on their composition, amount an​d distribution. In this research, Y2O3 an​d Al2O3 additives was selected as the more proper one. Yttria an​d Alumina additives had been added to Silicon Nitride powder with 1:1, 1:2, an​d 1:3 weight ratio an​d cumulative weight percent of 9 an​d 12, an​d After adequate mixing, hot pressed at 1730 ℃. The highest density was related to the sample SN6/6 which was equal to 97% of theoretical density. This sample, also, had the most hardness (17.5GPa) but the lowest toughness (5.6 MPa.m1/2) among all other samples. Phase analyses which was conducted with XRD analyze, showed that 97% of Silicon Nitride phase was in β form an​d the phase related to SiO2-Al2O3-Y2O3 system is almost crystalized. All samples weretested for wear resistance an​d the friction coefficient obtained for them was in 0.38_0.5 range which is appropriate for wear resistance applications. Keywords:Silicon nitride, sintering additives, hot press.