Genel mikro yapısal incelemesi

Oksit ve florür sinterlemeye yardımcı katkılarıyla sinterlenerek elde edilen silisyum nitrür seramik numuneler standart metalografik işlemlerle hazırlanıp hassas bir şekilde parlatılmıştır. Yapılan hesaplamalar elde edilen yoğunluk sonuçları ve SEM mikroyapı resimleri iyi bir uyum göstermiştir. Elde edilen numunelerin mikro yapısal incelemeleri yoğunlaşma davranışlarına açıklama sağlamıştır. 1450ºC’de sinterleme sonuunda genel olarak iyi yoğunluklar (2.66–3.05g cm^–3 aralığında) elde edilse de beklenen nihai yoğunluklara göre yetersiz sayılabilir. Şekil 6.26-6.31’da 1450ºC’de 1 saat sinterleme sonunda numunelerin SEM resimlerini göstermektedir. Genel olarak yapıda halen poroziteler görülmektedir. Katkı konsantrasyonunun düşük seviyelerde olduğu bölgelerde özellikle daha büyük gözenekler görülmektedir. Sıcaklığın artmasıyla azalan amorf faz vizkozitesiyle sıvı faz bu bölgelere kapiler etkisiyle yayılarak bu alanlarda da yoğunlaşmanın başlamasına ve ardından da dönüşüme imkân sağlamıştır.

Şekil 6.26. S2 kompozisyonunun 1450°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.27. FS2 kompozisyonunun 1450°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.28. S3 kompozisyonunun 1450°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.29. FS3 kompozisyonunun 1450°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.30. S4 kompozisyonunun 1450°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.31. FS4 kompozisyonunun 1450°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Katkı konsantrasyonu yeterli veya yüksek olduğu bölgelerde Si3N4 matriks yoğunlaşmaya devam eder ve poroziteler kapanarak yüksek yoğunluklara ulaşmıştır. Bununla birlikte katkı konsantrasyonunun zayıf olduğu bölgelerde yoğunlaşma düşük olmuş ve böylece bu bölgeler poroziteli olarak kalmıştır (6-8 μm). SEM incelemelerinde sinterleme katkısının olmadığı bölgelerde heterojen pore demetleri (cluster) görülmektedir. Ancak sıcaklığın artmasıyla (>1500ºC) sıvı faz vizkozitesi azalarak daha çok Si3N4 tanesi ıslanmış ve daha az kuru bölge kalmıştır. Şekil

6.32-6.37’de 1500ºC’de SEM resimlerinde florür katkılı numunelerde daha az ve daha küçük boyutlu gözenekler görülürken oksitlilerde daha büyük gözenekler mevcuttur. SEM görüntüleri elde edilen yoğunluk değerleriyle örtüşmektedir.

Şekil 6.32. S2 kompozisyonunun 1500°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.33. FS2 kompozisyonunun 1500°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.34. S3 kompozisyonunun 1500°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.35. FS3 kompozisyonunun 1500°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.36. S4 kompozisyonunun 1500°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.37. FS4 kompozisyonunun 1500°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

1550ºC ve 1600ºC’de yapılan sinterleme sonuçlarında elde edilen SEM resimleri genel olarak florür katkılı sistemlerin daha az porozite içeriği verdiği, sıcaklık artışıyla her iki sistemde gözeneklerin küçüldüğü ve yoğunluk değerlerine paralel mikro yapı sergilediği görülmüştür (Şekil 6.38-6.49).

Özellikle 1600ºC’de yüksek yoğunlaşma değerleri sebebiyle neredeyse tamamen gözeneklerin elimine olduğu bir mikro yapı sergilemiştir. Sıcaklık ve sürenin artmasıyla sıcak presleme gibi yöntemlerle yüksek sıcaklıklarda (≈1750ºC) tam yoğunluk elde edilebilmektedir. Fakat basınçsız sinterleme gibi farklı birçok avantaj içeren (ekonomik üretim, düşük yatırım maliyeti, geometri sınırı olmaması gibi) yöntemde ise yapıdan katkının uzaklaşmasını baskılayacak bir mekanizmanın olmaması sebebiyle kaybın baskılanması önemli zorluk teşkil etmektedir. Ayrıca yüksek sıcaklıkların tane büyümesine sebep olduğu için mekanik özellikleri olumsuz etkilediği bilinen bir gerçektir.

Şekil 6.38. S2 kompozisyonunun 1550°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.39. FS2 kompozisyonunun 1550°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.40. S3 kompozisyonunun 1550°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.41. FS3 kompozisyonunun 1550°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.42. S4 kompozisyonunun 1550°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.43. FS4 kompozisyonunun 1550°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.44. S2 kompozisyonunun 1600°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.45. FS2 kompozisyonunun 1600°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.46. S3 kompozisyonunun 1600°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.47. FS3 kompozisyonunun 1600°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.48. S4 kompozisyonunun 1600°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.49. FS4 kompozisyonunun 1600°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

1650ºC üzerinde >%99 B.Y. ve tam yoğunluk başarılabilirken 1700ºC’de elde edilen tam yoğun yapı görülen mikro yapılar yoğunluk sonuçlarının paralelinde olup neredeyse tam yoğun bir yapı sergilemektedir. 1700ºC’de her iki numune de yeterince yoğun bir yapı sergilemektedir. Florür düşük vizkoziteli bir sıvı faz verdiğinden sinterleme daha erken başlamakta ve sıvı fazın daha hızlı olarak Si3N4

tanelerinin etrafını sarmasıyla birlikte daha az kuru bölge olacak yani daha fazla ıslatılmış tane ve daha iyi yoğunlaşmış mikro yapı verecektir. 1600–1650ºC’de oksit katkılı kompozisyon sistemine göre daha yüksek yoğunluklu florür katkı sisteminden elde edilen SEM resimlerinde daha küçük çaplı ve daha az porozite içeren mikro yapı görülmektedir (Şekil 6.50-6.55).

Şekil 6.50. S2 kompozisyonunun 1650°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.51. FS2 kompozisyonunun 1650°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.52. S3 kompozisyonunun 1650C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.53. FS3 kompozisyonunun 1650C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.54. S4 kompozisyonunun 1650°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.55. FS4 kompozisyonunun 1650°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

1700ºC’de katkı miktarının artmasıyla birlikte artan uçucu katkı miktarının artması sebebiyle yüksek katkılılarda daha fazla gözenek bırakmaktadır (Şekil 6.56-6.61). 1750ºC’de ise katkı maddelerinin uzaklaşması şiddetlendiği için özellikle katkı miktarının arttığı kompozisyonlarda (S4-FS4 > S3-FS2 > S2-FS2) sürenin artışıyla yoğunluklar düşerek Şekil 6.62-6.67‘de görüldüğü gibi daha gözenekli bir yapı ortaya çıkmıştır. Florür katkılı numunelerin SEM resimlerinde düşük sıcaklıklarda daha az porozite, daha az sıvı faz tarafından ıslatılmamış kuru bölge dolayısıyla daha yüksek yoğunluk elde edilmiştir.

Şekil 6.56. S2 kompozisyonunun 1700°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.57. FS2 kompozisyonunun 1700°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.58. S3 kompozisyonunun 1700°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.59. FS3 kompozisyonunun 1700°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.60. S4 kompozisyonunun 1700°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.61. FS4 kompozisyonunun 1700°C’de 1 saat süreyle sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.62. S2 kompozisyonunun 1750°C’de 1 saat sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.63. FS2 kompozisyonunun 1750°C’de 1 saat sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.64. S3 kompozisyonunun 1750°C’de 1 saat sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.65. FS3 kompozisyonunun 1750°C’de 1 saat sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.66. S4 kompozisyonunun 1750°C’de 1 saat sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü

Şekil 6.67. FS4 kompozisyonunun 1750°C’de 1 saat sinterlenmesi sonucu elde edilen numunenin SEM görüntüsü