Synthesis of Si2Al4O4N4 powder by SHS method

• Autorzy: Wierzba W. , Ostalecki K. , Pędzich Z. , Bućko M.M.

Warianty tytułu

PL

Synteza proszku Si2Al4O4N4 metodą SHS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The self-propagating high temperature synthesis, SHS, was used to prepare sialon with the assumed stoichiometry of Si2Al4O4N4 (z = 4). Powders of elemental Al, elemental Si, Al2O3 and SiO2 were chosen to prepare starting mixtures. Molar proportions between elemental silicon and elemental aluminium were changed, and the amounts of aluminium and silicon oxides resulted from the assumed stoichiometry. The mixtures of powders in the form of a loose bed were placed within a high-pressure reactor in a graphite container. The SHS reaction was initialized by a flow of current through the container. The reaction was carried out in the nitrogen atmosphere under a pressure of 0.1 MPa, 1 MPa, or 3 MPa. The influence of composition, grain size distribution of the starting powders and nitrogen pressure on SHS synthesis products was checked by the XRD and SEM methods.

PL

Samorozwijająca się synteza wysokotemperaturowa (SHS) została użyta do wytworzenia proszku β-sialonu o założonej stechiometrii Si2Al4O4N4 (z = 4). Jako surowce wyjściowe wybrano proszki pierwiastkowego Al, pierwiastkowego Si, Al2O3 and SiO2. Zmieniano proporcje molowe pomiędzy pierwiastkowym krzemem i pierwiastkowym glinem, a ilość użytych tlenków glinu i krzemu wynikała z założonej stechiometrii. Mieszanki proszków w formie luźnego złoża były umieszczane w komorze wysokociśnieniowej w grafitowym pojemniku. Reakcja SHS była inicjowana przepływem prądu przez pojemnik. Atmosfera azotu dla przeprowadzenia reakcji była ustalana na poziomie 0,1 MPa, 1 MPa i 3 MPa. Badano wpływ składu chemicznego mieszanki wyjściowej, rozkładu wielkości ziaren surowców oraz ciśnienia azotu na powstające proszki sialonowe. W tym celu wykorzystano metodę dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), mikroskopii skaningowej (SEM) oraz piknometrii helowej.

Słowa kluczowe

EN

sialon; SHS; phase composition; powder; morphology

PL

sialon; SHS; skład fazowy; proszek; morfologia

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 68, nr 4
• Strony: 305--309
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wierzba W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics

autor

Ostalecki K.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics

autor

Pędzich Z.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics

autor

Bućko M.M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics

Bibliografia

• [1] Jack, K. H.: Review: Sialons and related nitrogen ceramics, J. Mater. Sci., 11, (1976), 1135-1158.
• [2] Ekstrom, T., Nygren, M.: Sialon Ceramics., J. Am. Ceram. Soc., 75, 2, (1992), 259-276.
• [3] Jack, K. H,, Wilson, W. I.: Ceramics Based on the Si-Al-O-N and Related Systems, Nat. Physic. Sci., 238, (1972), 28-29.
• [4] Riley, F. L.: Silicon Nitride and Related Materials, J. Am. Ceram. Soc., 83, 2, (2000), 245-265.
• [5] Dutta, S.: State-of-the-Art of Sialon Materials, in Proceedings of 49th Meeting of the Structures and Materials Panel Including a Specialist Meeting on Ceramics for Turbine Engine Applications, 7-12 Oct. 1979, Cologne, Germany.
• [6] Pawlik, T., Sopicka-Lizer, M., Mikruskiewicz, M., Gwiżdż, M.: Corrosion resistant sialon-based refractories for applications in the aluminium industry, Mat. Ceram. /Ceram. Mat./, 61, 4, (2009), 250-252.
• [7] Ekström, T., Kall, P. O., Nygren, M., Olsen, P. O.: Dense single-phase β-Sialon ceramics by glass-encapsulated hot isostatic pressure, J. Mater. Sci., 24, (1989), 1853-1861.
• [8] Gilbert, J. E., Mosset, A.: Preparation of β-Sialon form coal-mine schists, Mater. Res. Bull., 10, 32, (1997), 1441-1148.
• [9] Uludag, A., Turan, D.: SiAlON Ceramics for the High Temperature Applications: High Temperature Creep Behavior, Int. J. Mater., Mech. Manuf., 2, (2015), 105-109.
• [10] Yang, G., Yin, L., Fang, X., Fang, M., Liu, Y., Huang, Z., Liu, B.: Fabrication and liquid-solid, two-phase erosion wear behaviour of β-Sialon ceramic from pyrophyllite by carbothermal reduction and nitridation, Ceram. Int., 40, (2014), 10737-41.
• [11] Mackenzie, K. J. D., Meinhold, R. H., White, G. V., Sheppard, C.M., Sherriff, B. L.: Carbothermal formation of β-sialon from kaolinite and halloysite studied by 29Si and 27Al solid state MAS NMR, J. Mater. Sci., 29, (1994), 2611-2619.
• [12] Zheng, J., Forslund, B.: Carbothermal Preparation of β-SiAlON Powder at Elevated Nitrogen Pressures, J. Eur. Ceram. Soc., 19, (1999), 175-185.
• [13] Liu, X. J., Sun, X. W., Zhang, J. J., Pu, X. P., Ge, O. M., Huang, L. P.: Fabrication of β-Sialon powder from kaolin, Mater. Res. Bull., 38, (2003), 1939-1948.
• [14] Lis, J.: Sinterable powders of covalent compounds produced by self- propagating high temperature synthesis (SHS) (in Polish), Ceramika/Ceramics, 44, (1994), 91-108.
• [15] Puszynski, J. A., Dargar, S. R., Liebig, B. E.: Combustion Synthesis of Ceramics Composites and Solid Solutions from Nanoreactants in Innovative Processing and Synthesis of Ceramics, Glasses and Composites VIII, Proceedings of the 106th Annual Meeting of The American Ceramic Society, Indianapolis, Indiana, USA, 2004, Bansal, N. P., Singh, J. P., Schneider, H. (Eds), Ceramic Transactions, 166, (2005), 11-21.
• [16] Niu, J., Nakamura, T., Nakatsugawa, I., Akiyama, T.: Reaction characteristics of combustion synthesis of β-Sialon using different additives, Chem. Eng. J., 241, (2014), 235-242.
• [17] Xuemei, Y., Niu, J., Nakamura, T., Akiyama, T.: Reaction mechanism for combustion synthesis of β-Sialon using Si, Al and SiO2 as raw materials, J. Alloys. Compd., 561, (2013), 1-4.
• [18] Wang, H., Han, J.-C., Du, S.: Effect of nitrogen pressure and oxygen-containing impurities on self-propagating high temperature synthesis of Si3N4, J. Eur. Ceram. Soc., 21, (2001), 297-302.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.