نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار/پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، مشکین دشت، البرز، ایران

2 پژوهشکده سرامیک ، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، البرز، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، البرز، ایران

4 دانشیار، پژوهشکده نیمه هادی، پژوهشگاه مواد و انرژی ، البرز، کرج، ایران

5 استادیار، مرکز مواد پیشرفته و نانوفناوری دانشکده و پژوهشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

10.30501/jamt.2022.316127.1198

چکیده

در پژوهش حاضر تراکم، فشرده‌سازی و خواص مکانیکی کامپوزیت Si3N4-SiO2 با نسبت‌های مختلف 3،0، 5 و 7 درصد وزنی Eu2O3 و 10 درصد وزنی SiO2 به عنوان افزودنی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. تولید سرامیک‌های کامپوزیتی در این پژوهش ابتدا با آماده‌سازی پودر با استفاده از مخلوط‌سازی و آسیاکاری به مدت h۱۲، سپس شکل‌دهی به کمک روش پرسکاری سرد و روش پرس ایزواستاتیک سرد و در نهایت تف‌جوشی بوسیله فرآیند سینتر پلاسمای جرقه‌ای صورت گرفت. نمونه‌ها در دمای C˚1750، به مدتmin 15 با سرعت حرارت‌دهیC/min ˚ 100 و اعمال فشارMPa 40 در دمای بیشینه تحت اتمسفر خلا تف‌جوشی شدند. بعد از فرآیند آسیاکاری اندازه ذرات مخلوط پودر اولیه در حدود 19% کوچکتر شده است. نتایج بیانگر این موضوع هستند که بعد از فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد چگالی نسبی نمونه‌ها 67/14% افزایش یافته است. مقدار بالای فاز بتا نیترید سیلیسیم در نمونه‌یEu2O3 %7 نشان دهنده کافی بودن میزان فاز مایع در حین فرآیند سینترینگ و پیشرفت مکانیزم انحلال، نفوذ و رسوب و در نهایت افزایش سرعت استحاله فازی آلفا به بتا است. بیشترین مقدار سختی GPa61/21 نمونه Eu2O3%5 مشاهده شد که نشان از چگالش بالا، پیش رفت مکانیزم انحلال-نفوذ و رسوب ترکیبات نیتریدی در تف‌جوشی است. نمونه Eu2O3%7 به دلیل وجود فاز شیشه‌ای با مقادیر بالا مقدار چقرمگی شکست پایین‌MPa.m1/2 1/6 در مقایسه با سایر نمونه‌ها از خود نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation on densification, compaction and mechanical properties of Si3N4 composite

نویسندگان [English]

  • َAida Faeghinia 1
  • Ali Sedaghat Ahangari Hossein Zadeh 2
  • a kochaki 3
  • ali a.tayebifard 4
  • seyed salman Afghahi 5

1 Associate Professor/ Ceramic Department, Materials and Energy Research Center/ Meshkindasht, Alborz, Iran

2 assistant professor , ceramic division, materials and energy research center, alborz, karaj, iran

3 BS Candidate/Student, Department of Ceramic …, Materials and Energy Research Centere …, Karaj, Alborz, Iran

4 associate professor of material science and engineering

5 Assistante Professor, Faculty of Material Science and Engineering Department of Engineering …, Imam Hossein University …, Tehran, Iran

چکیده [English]

Abstract In this study, the density, compression and mechanical properties of Si3N4-SiO2 composite with different ratios of 0, 3, 5 and 7 wt.% Eu2O3 and 10 wt.% SiO2 as additive were stdudied. Production of composite ceramics in this study was first done by preparing the powder using mixing and milling for 12 h, then forming by cold pressing method and cold isostatic pressing method and finally sintering by spark plasma sintering process. The samples were incubated at 1750 °C for 15 min at a heating rate of 100 °C / min and a pressure of 40 MPa at maximum temperature under vacuum atmosphere. After the grinding process, the particle size of the initial powder mixture was reduced by about 19 %. The results show that after the cold isostatic pressing process, the relative density of the samples increased by 14.67 %. The high amount of beta phase of silicon nitridein the 7%Eu2O3 sample indicates the sufficient amount of liquid phase during the sintering process and the improvement of the dissolution, diffusion and precipitation mechanism, and finally increase the rate of phase transformation of alpha to beta. The highest hardness of 21.61 GPa was observed in 5% Eu2O3 sample, which indicates high density, advancement of dissolution-diffusion mechanism and deposition of nitride compounds in sintering process. Eu2O3 sample due to the presence of glass phase with it can show a amount of toughness 6.1 MPa.m1/2compared to other samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Keyword 1
  • Si3n4 Keyword 2
  • Eu2O3 Keyword 3
  • SPS Keyword 4Mechanical properties (Times New Roman 7)