MgF2 içeren Si3N4 esaslı seramik malzemelerin geliştirilmesi

Seramik malzemeler, sert, basma dayanımı yüksek, kayma ve kesme dayanımları zayıf, inert malzemelerdir. Yüksek sıcaklıklara, aşındırıcı veya kimyasallara, erozyon şartlarına dayanıklıdırlar. Silisyum nitrür esaslı seramikler ise mükemmel özellikleri; korozyon direnci, düşük sürtünme katsayısı, yüksek termal şok direnci, oksidasyon direnci, yüksek ayrışma sıcaklığı, yüksek aşınma direnci, yüksek sıcaklık dayanımları sebebiyle mühendislik uygulamaları için öne çıkan ileri teknoloji seramikleridir. ß-Si3N4 ve ß-SiAlON'ların en önemli avantajlardan biri çubuksu taneli mikro yapıları sebebiyle üstün kırılma tokluğuna sahip olmalarıdır. Bu seramikler çok düşük difüziviteye sahip olmaları sebebiyle toz metalürjisindeki gibi katı hal sinterleme yöntemiyle üretimleri mümkün değildir. Bunun yerine yoğunlaşma ancak sıvı faz sinterlemesiyle mümkündür.Bu çalışmanın temel amacı, MgF2 içeren Si3N4 esaslı seramik malzemelerin geliştirilmesidir.Si3N4 esaslı seramiklerin üretiminde geleneksel oksit katkılarla sıvı faz sinterlemesi ve cam sistemine florür ilavesi ile sıvı faz sinterlemesinin yoğunlaşma davranışlarına etkisi karşılaştırılmıştır. Geleneksel oksit ve florür katkı sistemleri sıvı faz sinterlemeyle karşılaştırıldığında, florür sistemlerinde yaklaşık 50-150?C daha düşük ötektik sıcaklığı elde edilmiştir. Buna ek olarak, cam oluşum bölgesi genişlemiş böylece daha düşük sıcaklıklarda daha yüksek bağıl yoğunluk değerleri elde edilmiştir. Sinterleme çalışmaları basınçsız sinterleme yöntemiyle sistematik olarak 1450-1750°C aralığında, 0.5-4 saat süreyle gerçekleştirilmiştir.Üretilen numunelerin karakterizasyon çalışmaları kapsamında nihai malzemelerin yoğunlukları Arşimet yöntemiyle suda ölçülmüş, fazların çözümlenmesi için X-Işınları kırınım analizi yapılmış, mikro yapının karakterize edilmesi için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Elementel analiz için EDS analizleri kullanılmıştır. Sinterlenmiş numunelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi için mikro sertlik değerleri ve indentasyon tekniğiyle kırılma tokluğu ölçümleri gerçekleştirilmiştir.Farklı kompozisyonların ß-Si3N4 ve ß-SiAlON seramiklerinin yoğunlaşmasına, ??ß dönüşümü, sertlik, kırılma tokluğu üzerine etkileri detaylı olarak incelenmiştir. Florür ilavesi, daha düşük ötektik sıcaklığı, daha hızlı ??ß dönüşümü ve daha yüksek ß:? oranı vermiştir.