Al2O3 ve ZrO2 katkılı silisyum karbürün sinterlenme davranışlarının incelenmesi ve karakterizasyonu

Silisyum Karbür (SiC), yüksek ergime noktası ve termal stabilite refrakter kriterlerini tam olarak karşılayan, kovalent bağlı, düşük yoğunluğa sahip, düşük atomik ağırlıklı temel bileşenlere sahip, korozyon direnci yüksek ve son derece sert ve güçlü malzemelerdir. Silisyum Karbür bazlı malzemeler, soğuk izostatik pres, sıcak pres, reaktif sinterleme ve katı/sıvı faz sinterlemesi gibi yöntemlerle elde edilebilmektedir. Refrakter karbürler; yapısal olarak interstisyel karbürler, kovalent karbürler olmak üzere ikiye ayrılırlar. SiC kovalent bağlı karbürler sınıfında yer almaktadır. Yapısındaki güçlü kovalent bağları ve yüksek ergime noktasına sahip olduğundan dolayı tek başına monolitik olarak konvansiyonel metotlarla sinterlenmeleri oldukça güç bir malzemedir. Bundan dolayıdır ki sinterleme sonucunda istenilen yoğunluğa ulaşması ve sıvı/katı faz sinterlemesini hızlandırması için katkı malzemesi ilave edilerek bir kompozisyon oluşturulmalı ya da sıcaklık, basınç gibi ortam koşulları değiştirilmelidir. Bu çalışmada, farklı bileşimlerde Al2O3 ve ZrO2 katkısı ile elde edilen SiC bazlı numunelere, farklı sıcaklıklarda ve üç farklı sürede atmosferik ortamda sinterleme işlemi uygulanarak, Al2O3 ve ZrO2 katkılarının, farklı sinterleme koşullarında SiC malzeme üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Yüksek saflıkta temin edilen SiC tozuna Al2O3 ve ZrO2 tozları ayrı ayrı olmak üzere ağırlıkça %1-3-5 oranlarında katılarak kompozisyonlar hazırlanmıştır. Elde edilen karışımlar mekanik pres ve ardından soğuk izostatik pres ile şekillendirildikten sonra her bileşim ayrı ayrı olmak üzere, 1400 °C- 1450 °C- 1500 °C sıcaklıklarında, sırasıyla yarım saat, 1 saat ve 2 saat süreyle atmosferik ortamda 5 °C/dk ısıtma hızında ve aynı soğutma hızıyla sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Al2O3 ve ZrO2 tozları katkı maddesi olarak kullanılarak farklı oranlarda hazırlanan kompozisyonların farklı sıcaklık ve sinterleme süreleriyle elde edilen numunelerin Arşimet Prensibine göre relatif yoğunlukları ve Vickers Sertliği, basma dayanımı gibi mekanik davranışları incelenmiştir. Sinterleme işlemi sonrasında oluşan ürünlerin XRD, SEM karakterizasyonları yapılmış ve farklı sinterleme koşulları birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Gerçekleştirilen tüm sıcaklıklarda sinterleme süresinin 60 dk'ya çıkmasıyla, Alümina ve Zirkon katkılı her iki kompozitte de relatif yoğunluğun arttığı sinterleme süresinin 120 dk kadar ilerlemesi ile yoğunlukta azalmanın olduğu görülmektedir. SiC tanecikleri içerisindeki Al2O3 ve ZrO2 ilavesinin %1'den %5'e artması ile relatif yoğunlukta artış eğilimi gözlemlenmiştir. 1450 ve 1500 °C sıcaklıklarda sinterleme süresinin 120 dk çıkmasıyla relatif yoğunlukta önemli ölçüde azalma meydana geldiği görülmüştür. Karışımlardaki Al2O3 ve ZrO2 miktarının artmasıyla, sinterleşmenin belirginleştiği görülmüştür. Aynı şekilde sinterleme sıcaklığının ve süresinin de artmasıyla sinterlemenin daha iyi gerçekleştiği görülmüştür. Her iki kompozit karışımında, sinterleme süresinin 30 dk dan 60 dk ya çıkmasıyla genel olarak sertlik değerinde artma gözlemlenirken sinterleme süresinin 120 dk çıkmasıyla sertlik değerinde yeniden azalma görülmüştür. 60 dk'dan sonra sinterleme süresi arttıkça, sertlik değerinin düştüğü gözlenmiştir. Bununla birlikte, Al2O3 ve ZrO2 katkısı arttıkça sertlik değerinin arttığı gözlemlenmiştir. Sinterleme sıcaklığı arttıkça, sertlik değerinde azalma meydana gelmiştir. Özellikle 1500 °C'de sinterlemede sinterleme süresinin artmasının sertlik değerini azalttığı görüşmüştür. Basma dayanımı sonuçları da sertlik değeri grafikleriyle uyuşmakta olup, 1400, 1450 ve 1500 °C'de sinterlenen Al2O3 ilaveli ve ZrO2 ilaveli SiC esaslı kompozit malzemenin basma mukavemeti grafiğine göre, sinterleme süresinin artırılması, basma dayanımına olumsuz etki yaptığı gözlenmiştir. Ayrıca sinterleme sıcaklığının artması da basma mukavemetine olumsuz bir etki yapmıştır.