Ceramika sialonowa w proszku otrzymywanego karbotermicznie - fizykochemiczne podstawy wytwarzania i własności

• Autorzy: Sopicka-Lizer M.

Warianty tytułu

EN

Sialon ceramics from carbothermally derived powder - physical chemistry of manufacturing and properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W części pierwszej pracy przedstawiono analizę stanu wiedzy dotyczącej ceramiki sialonowej. Na wstępie omówiono ogólnie związki i roztwory stałe występujące w układzie Si-Al-O-N do temperatury 175 stopni C, zakresy trwałości, strukturę i właściwości. W dalszej kolejności poddano krytycznej analizie problemy trwałości i tworzenia się Alfa- i Beta-sialonu oraz istnienia wzajemnych przemian polimorficznych. Po uzasadnieniu wyboru ceramiki Beta-sialonowej jako przedmiotu badań omówiono metody otrzymywania i właściwości tak uzyskanej ceramiki. Najwięcej uwagi poświęcono dotychczasowym wynikom prac nad karbotermicznym otrzymywaniem Beta-sialonu, gdzie przedstawiono dotychczasowe koncepcje mechanizmu reakcji i parametrów kinetycznych kontrolujących przebieg procesu. Z podsumowania tej części pracy wprowadzono założenia i tezę pracy. Druga cześć monografii obejmuje wyniki własnych prac eksperymentalnych, na które składają się badania karbotermicznego otrzymywania Beta-sialonu, spiekania oraz wyniki trwałości ceramiki sialonowej. Badania redukcji karbotermicznej zostały poprzedzone analizą termodynamiczną równowag fazowych w układach Si-O-C-N oraz Al.-O-N-C, co pozwoliło na wstępne określenie najważniejszych parametrów. Kolejny rozdział opisuje otrzymywanie spieków sialonowych i porównanie ich własności z materiałem, gdzie źródłem Beta-sialonu był kaolin. Eksperymentalnie udowodniono, że uzyskiwany Beta-sialon dzięki porowatej mikrostrukturze bardzo szybko ulegał rozdrobnieniu, co pozwoliło na uzyskanie wysokiego stopnia zagęszczenia bez spiekania ciśnieniowego i bez dodatków spiekających. Uzyskany materiał charakteryzował się dobrymi własnościami mechanicznymi. Osobny rozdział poświęcono badaniom stabilności ceramiki sialonowej w temperaturze 1450 stopni C w różnym środowisku gazowym: powietrza, czystego azotu i azotu w piecu grafitowym. Wykazano, że w zależności od środowiska gazowego materiał ulegał różnej degradacji, a jej charakter zależał od ciśnienia cząstkowego tlenu. Wygrzewanie w powietrzu prowadziło do powstania pasywnej warstwy tlenkowej, której własności ochronne zależały od rodzaju zanieczyszczeń znajdujących się w ceramice Beta-sialonowej oraz od obecności dodatku spiekającego. W atmosferze azotu obserwowano skutki utleniania aktywnego w postaci strat masy, wzrostu zawartości tlenu w materiale, zmian składu fazowego i stopnia podstawienia roztworu stałego. Ostatni rozdział zawiera podsumowanie oraz wnioski końcowe. Na końcu pracy zamieszczono bibliografię.

EN

The literature review on sialon ceramics is presented in the first chapter of the manuscript. First, compounds and solid solutions in the Si-Al-O-N system up to 1750 degree C are discussed as well as structure, properties and limits of stability of the compounds are given. After critical discussion on stability region of Alpha- and Beta- sialons, their crystallisation and Alpha-Beta transformation, Beta-sialon has been chosen as the primary objective of this research. Methods of production and properties of Beta-sialon ceramics are discussed. Special attention has been paid to the carbothermal reduction and nitridation of aluminosilicates as a method of Beta-sialon production and nowadays concepts of the reaction mechanism and kinetic parameters are prosented. The summary of this chapter led to the main objectives of this work concerning the role of gaseous reagents in the final phase composition of the carbothermal reduction. The second part of the manuscript contains the results of the experiments of carbothermal production of Beta-sialon, sintering of the resulted material and its stability at high temperature at different gaseous environment. The experiments of the carbothermal reduction followed the thermodynamic assessment of the equlibrium in the Si-O-C-N and Al-O-N-C systems resulting in the preliminary setting of the most imporatnt parameters of the reaction. In chapter 4.3 production of Beta-sialon ceramics is described and comparison of them to kaolin derived sialon ceramics is presented. It has been found that nanosized oxides derived Beta-sialon featured sponge-like extremely porous microstructure and was able to be ground to the submicron grain sizes in a quite short time. Consequently such a powder allowed for densification without pressure and sintering additives. Mechanical properties of the resulted ceramics were high. In chapter 4.4 stability of the resulted ceramics after soaking at 1450 degree C in various gaseous environments has been tested. Laboratory air, pure nitrogen and technical nitrogen in the open and closed furnaces with different carbon activity have been applied as gaseous environment. It has been proved that corrosion of the material depended upon the partial pressure of oxygen. High oxygen partial pressure led to formation of the passive oxide scale and its protective properties were influenced by Beta-sialon contaminants and sintering additives. In contrary, nitrogen environment resulted in SiO evaporation and active oxidation. As a result mass losses, increase of oxygen content and changes of the phase composition and Beta-sialon solid solution have been observed. Finally, the last chapter contains summary and conclusions. References are placed at the end of the work.

Słowa kluczowe

PL

ceramika sialonowa; alfa-sialon; beta-sialon

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Hutnictwo / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2000
• Tom: z. 55
• Strony: 1--152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 201 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sopicka-Lizer M.

• Katedra Nauki o Materiałach Politechniki Śląskiej, ul. Krasińskiego 8, 44-100 Gliwice, tel. [phone],