High temperature mechanical spectroscopy of α-SiAlON ceramics with different N/O ratios

• Autorzy: Mazaheri M. , Mari D. , Schaller R. , Yanbing C. , Shen Z.

Warianty tytułu

PL

Wysokotemperaturowa spektroskopia mechaniczna ceramiki α-Sialon'owej o różnej proporcji N/O

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

High temperature mechanical properties of the silicon nitride based ceramics (such as SiAlON) depend highly on the formation of the grain boundary glassy phase obtained from sintering. In the present study, in order to investigate the effect of grain boundary chemistry and the N/O ratio on the chemical composition of α-SiAlON, the raw powders were hot-pressed for 4h at 2073 K under a pressure of 35 MPa, using two different sintering aids (Y3+ and Yb3+), both with the oxygen rich (Y2O3 and Yb2O3) and the nitrogen rich (YN and YbN) compounds. The mechanical spectroscopy investigations of Y-SiAlON show a relaxation peak related to the glassy phase located on the triple-point junctions at around 1250 K. In the case of Yb-SiAlON, on the contrary, the absence of relaxation peaks stems from the very low content of glassy phase, together with the presence of elongated grains. In addition, the lower height of mechanical loss peaks in nitrogen rich Y-SiAlON samples versus oxygen rich ones is related to the substitution of oxygen by nitrogen in the [SiO4] tetrahedral network that leads to a higher bond density in the glassy phase and high viscosity of the glassy phase at high temperatures.

PL

Wysokotemperaturowe właściwości mechaniczne ceramiki bazującej na azotku krzemu (takiej jak SiAlON) bardzo zależą od właściwości fazy szklistej powstającej w granicach międzyziarnowych podczas spiekania. W prezentowanej pracy, aby zbadać wpływ chemii granicy międzyziarnowej i stosunku N/O na skład chemiczny α-SiAlON’u, surowe proszki prasowano na gorąco w temperaturze 2073 K przez 4 h pod ciśnieniem 35 MPa, wykorzystując dwa różne dodatki ułatwiające spiekanie: Y(3+) i Yb(3+), obydwa w postaci związków albo bogatych w tlen (Y2O3 i Yb2O3), albo bogatych w azot (YN i YbN). Badania Y-SiAlON, wykonane z pomocą spektroskopii mechanicznej, pokazują pik relaksacyjny związany z fazą szklistą umiejscowioną w punktach potrójnych połączenia ziaren w temperaturze około 1250 K. W przypadku Yb-SiAlON’u absencja pików relaksacyjnych wynika z bardzo małej zawartości fazy szklistej razem z obecnością wydłużonych ziaren. Dodatkowo, mniejsza wysokość pików strat mechanicznych w próbkach Y-SiAlON bogatych w azot, w przeciwieństwie do próbek bogatych w tlen, związana jest z podstawieniem tlenu przez azot w sieci tetraedrów [SiO4], co prowadzi do większej gęstości wiązań w fazie szklistej i większej lepkości tej fazy w wysokich temperaturach.

Słowa kluczowe

EN

SiAlON; glassy phase; mechanical spectroscopy; internal friction; sintering aids

PL

SiAlON; faza szklista; spektroskopia mechaniczna; tarcie wewnętrzne; dodatki ułatwiające spiekanie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 3
• Strony: 280--282
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Mazaheri M.

autor

Mari D.

autor

Schaller R.

autor

Yanbing C.

autor

Shen Z.

• Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Institut de Physique de la Matiere Complexe, CH-1015 Lausanne, Switzerland,

Bibliografia

• 1. Bhandhubanyong P., Akhadejdamrong T.: J. Mater. Process. Techn., 63, (1997), 277-280.
• 2. Lakki A., Schaller R., Bernard-Granger G., Duclos R.: Acta Metall. Mater., 43, (1995), 419-426.
• 3. Tsuge A., Nishida K., Komatsu M.: J. Am. Ceram. Soc., 58, (1995), 323-328.
• 4. Cao Y.: PhD Thesis, Stockholm University, 2009.
• 5. Feusier G. : PhD Thesis No. 1659, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 1997.
• 6. Donzel L., Schaller R. : J. Physique, IV06, (1996) 663-666.
• 7. Donzel L. : PhD Thesis No. 1851, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 1998.