TEKNOLOJİK SERAMİKLER-7 OKSİT SERAMİKLER

TEKNOLOJİK SERAMİKLER-7

OKSİT SERAMİKLER

Oksit seramikler, yüksek sıcaklıklarda kullanılmaya müsait metallerin oksijenle

yaptıkları bileşiklerdir. Bir çok oksit seramik

iyonik bağlı olup, iyonik bağlı malzemelerin

genel karakteristiklerine sahiptir.

Bu özellikler;

•

•

•

•

•

•

•

•

•

4

Al

O

malzeme olarak en çok kullanılan ileri teknoloji seramikleri arasındadır. Ayrıca, ileri

teknoloji seramikleri için en çok kullanılan

hammadde yine alüminadır.

• Alüminyumun en önemli oksidi Al₂O₃ formülü ile

gösterilen alüminadır. AlO ve Al₂O bileşikleri ancak gaz halinde ve yüksek sıcaklıklarda bulunabilmektedir.

• Hekzagonal sıkı düzende paketlenmiş yapıya sahip olan Al₂O₃ alüminyumun tek kararlı oksiti olup korundum

olarak adlandırılır.

• Tek kristal halinde alumina, kırmızı ve mavi renklerde yakut (Cr içeriyorsa) ve safir (Co içeriyorsa) olarak

isimlendirilen mücevher kalitesinde de doğada bulunmaktadır.

• Seramik malzemelerin büyük bir kısmında ana faz olarak kullanılan alumina, yüksek ergime sıcaklığı, sertliği ve

düşük ısıl iletkenlik gibi özellikleri nedeniyle mühendislik

Al green, O red

sapphire/corundum

• Korundum olarak adlandırılan  alümina, pek çok seramik malzemede bulunan ana fazlardan

birisidir. 3.98 gr/cm³ yoğunlukta olup, sertliği Mohs ölçeğinde 9’dur. Alümina amfoterik özellikte

olduğundan hem asit hem de alkalilere karşı aynı direnci gösterir.

• Ergime noktası 2000 ± 30⁰C olan alüminyum

oksit, vasat sıcaklıklarda kimyasal maddelere ve mekanik yüklere karşı en dayanıklı refrakter

malzemelerden birisidir.

• Isıl şok dayanımı iyi olmakla birlikte karbür ve nitrürler kadar mükemmel değildir.

• Bayer yöntemi ile üretilen alumina tozu seramik sektöründe, refrakterler, beyaz eşyalar, bujiler, aşındırıcılar ve teknik seramiklerin yapımında kullanılır.

• Alüminadan poroz ve yoğun ürünler yapılır.

• Ucuzluğu, ergime noktası, sağlığa zarar

vermeyişi ve uygulanabilirliği kolaylıkla refrakter safiyetinde bulunabilirliği alüminayı refrakter

uygulamalarda üstün özellikte kılmaktadır.

Property Value Vickers hardness (Hv 500g) 1800-2000

Tensile strength (N/mm²) 200-250 Bending strength (N/mm²) 200-600 Compressive strength (N/mm²) 1900-2000

Young’s modulus (N/mm²) 3.8x10⁵ Poisson’s ratio 0.25-0.30 Fracture toughness K_IC -½ (MPa.m) 4-5

Genel kullanım alanları

• Refrakterler,

• Elektrik yalıtkanları,

• Elektronik devrelerde altlık olarak,

• Kesici uçlarda,

• Isı motorlarında ve enerji santrallerinde,

• Aşınmaya maruz parçalarda,

• Aşındırıcılarda ve

• Kompozit malzemelerdir.

Alumina Toz Üretimi

• Mikron altı alümina üretimi için başlıca iki yöntem kullanılmaktadır. Bunlar;

• 1.Sol-Jel Prosesi

• 2. Bayer Prosesi

1. Sol-Jel Prosesi:

• Hammadde olarak Al-alkoksitler, Al-nitrat ve Al-sülfat kullanılır.

• Sol-jel yöntemi ile alümina üretimi başlıca dört aşamada gerçekleşmektedir. Bunlar:

• 1. Al-alkoksitin hidrolizi

• 2. Saydam bir sol eldesi için peptizasyon

• 3. Jel oluşumu ve

• 4. Aluminanın pirolizi aşamaları.

• 1. Hidroliz: Alüminyum isopropoksit [Al(OC₃H₇)₃] ve

alüminyum sekonder butoksit [Al(OC₄H₉)] kullanılmaktadır.

Hidroliz alkoksitlerin bol su içerisinde şiddetli karıştırılmaları ile gerçekleşir. Hidroliz aşamasında soğuk su kullanıldığında

istenmeyen reaksiyon:

• ile amorf bayerit oluşumu meydana gelir. Bayerit oluşumu yaklaşık olarak 3-4 saat içerisinde gerçekleşmektedir.

• Hidroliz aşamasında sıcak su kullanıldığında:

• reaksiyonu sonucu kristal halde hidrolize alkoksit meydana gelir.

xROH OH

Al O

H x OR

OH AlO

Bayerit x

x    

 2 3

1 ( ) (1 ) ( )

) (

ROH OH

OR Al

O H C OH

AlO( )₃  (80^o ) ₂ ^alkol  ( )₂( )

• 2. Peptizasyon:

• Asit miktarı/hidroliz karışımı, kritik miktarda asit gerektirmektedir. Peptizasyon aşamasında

karışım sıcaklığı 80^oC’nin üzerinde olmalıdır.

Asit ilavesi pH cinsinden ifade edilir. Bununla birlikte asidin cinsinin pH değerinden daha

önemli olduğu saptanmıştır. Asit/alkoksit oranı önemli olup sonucu etkilemektedir. Peptizasyon sırasında aşağıdaki reaksiyon oluşur.

ROH OR

Al O

Al OR

O H OH

OR

Al 2

OH I OH

) I .(

) (

2 ₂  ₂      

• Peptizasyon ile elde edilen şeffaf sol

(yani solüsyon) polietilen tepsiye konur ve 90

C’deki fırına sürülür.

• Bu durumda sol, jel haline gelir.

• Jel 300

C’ye kadar kararlıdır, fakat 140

C’ta molekül suyunu kaybeder.

• Bu jelin farklı sıcaklılarda pirolizi ile

•  -Al

O

(≤475

C),

• - Al

O

(≤1100

C) ve

• - Al O (≤1300

C) elde edilir.

• Bayer yöntemi ile elde edilen, özel kalsinasyon ve öğütme işlemine tabi tutulan kalsine alüminalar teknik seramik

ürünlerin elde edilmesinde en fazla kullanılan hammaddelerdir.

• Bayer prosesinde kullanılan hammadde “Boksit”tir. Kostik soda içerisindeki ısıtma işleminden sonra alümina ayrılır.

Fe₂O₃, TiO₂, SiO₂ ve diğer çözünmeyen kalıntıların

ayrılmasından sonra tohum kristalleri eklenerek soğutulur ve karıştırılır. Böylece alüminyum hidroksitin çökmesi

sağlanır. Alüminyum hidroksit bir döner fırında

kavrulduktan sonra ortalama 40-100 mm tane boyutuna sahip alümina elde edilir.

2. Bayer Prosesi:

• Zirkonya doğada başlıca; Baddeleyit (ZrO₂) ve Zirkon (ZrO₂.SiO₂) mineralleri şeklinde bulunur.

• ZrO₂ diğer oksit seramikler gibi iyonik bağlı olup, saydamlık, elektrik ve ısı iletimine direnç,

kimyasal kararlılık ve yüksek sıcaklıklarda iyonik iletkenlik gibi üstün özelliklere sahiptir.

• ZrO₂’in yüksek sıcaklıklarda düşük buhar

basıncına sahip olması vakum altındaki birçok uygulamalarda kullanımına imkan

sağlamaktadır.

• Ergime sıcaklığının yüksek olması,

• Asidik kimyasal maddelere, asidik curufa karşı direncinin yüksek olması,

• Korozyon, erozyon ve aşınmaya karşı dayanıklı olması,

• Düşük termal genleşme katsayısına sahip olması (termal şoka dayanıklı olması),

• Kırılma indisinin yüksek olması,

• Yüksek sıcaklıkta iyonik iletkenliğe sahip olması.

• Aşındırıcılarda,

• refrakter olarak,

• seramik ve boya pigmentlerinde ve

• döküm kumu olarak kullanılmaktadır.

• Bununla birlikte ZrO₂ esaslı seramiklerin

termomekanik ve elektriksel özellikleri ileri ve mühendislik uygulamalarında yaygın ve hızlı bir şekilde kullanımına imkan sağlamıştır.

• Monoklinik yapı oda sıcaklığından 1170^oC’ye kadar kararlı olup, bu sıcaklığın üzerinde tetragonal yapıya dönüşür.

• Tetragonal yapı ise 2370°C’ ye kadar kararlı olup bu sıcaklığın üzerinde kübik yapıya dönüşür .

• Kübik yapı ergime sıcaklığı olan 2680°C’ ye kadar kararlılık göstermektedir.

• Tokluk genel olarak: çatlak ilerlemesi esnasında absorbe edilen enerjinin bir ölçüsü olarak

tanımlanır.

• Normalde sünek kristalin malzemeler, plastik deformasyon göstererek tokluklarını arttırırlar.

Seramikler gibi gevrek malzemeler ise, oda sıcaklığında deforme edilemediklerinden;

tokluğu artırmak için seramik matrikslere fiber takviyesi ve dönüşüm toklaşması gibi diğer enerji absorblayıcı mekanizmalara ihtiyaç

• Dönüşüm Toklaşması: Bir malzemede mevcut çatlakları ilerleten itici gücü azaltan ve

gerilmenin neden olduğu bir faz dönüşümü esasına dayanan bir prosestir.

• Bu enerji absorblayıcı proses, bir çeşit plastisite olarak düşünülebilir. Zira uygulanan yüke karşı bir şekil değişimi söz konusudur.

• Bugün için dönüşüm toklaşmasının başarıyla uygulandığı tek malzeme, ZrO₂’dır. ZrO₂’da t-m faz dönüşümüyle üretilen hacim değişikliği

(artışı) ve kayma genlemesi, çatlak ilerlemesini engelleyerek malzemenin kırılmaya direncini arttırmaktadır.

• Sinterleme sonrası soğutma işleminde t-m faz

dönüşümüyle meydana gelen hacim artışının neden olduğu hasar, saf ZrO₂’dan parça üretimini imkansız hale getirir. Bu nedenle ZrO₂’nın bütün mühendislik

uygulamaları, kısmen veya tamamen stabilize edilmiş bir mikroyapıya ihtiyaç duyar.

• Stabilizasyon terimi esas olarak düşük sıcaklıklarda k-ZrO₂ fazını kararlı hale getirmek için kullanılır.

Dolayısıyla kısmen stabilize edilmiş ZrO₂, diğer polimorfları da içerir. İlave oksit malzemeler,

genellikle t-ZrO₂ çökeltilerinin mevcut olduğu k-ZrO₂ yapısını stabilize etmek için yapılır.

• Temel ilaveler, oda sıcaklığından erime sıcaklığına kadar k-ZrO₂ fazının kararlı olmasını sağlayan ve ZrO₂ ile katı çözeltiler oluşturan MgO, CaO ve Y₂O₃’tir. Bu ilaveler sayesinde malzemede yer alan t-m faz dönüşümünün neden olduğu hacim genleşmesi, önemli oranda

azaltılabilir.

• Stabilizasyon mekanizmasıyla, iyonik bağlanma oranının arttırıldığı belirtilmiştir. İyonik bağlanma oranının

arttırılması, k-ZrO₂ yapısını kararlı hale getirmektedir .

• k-ZrO₂ fazını stabilize etmek için kullanılan alaşım oksitleri, ZrO₂’daki faz dönüşüm sıcaklıklarını düşürücü etki

yaparlar. Böylece k-ZrO₂ ve m-ZrO₂ (veya t-ZrO₂) fazlarının karışımından meydana gelen malzemeler

• ZrO₂ doğada badeleyit minerali ve zirkon (ZrO₂.SiO₂) şeklinde bulunur. Baddeleyit, aşındırıcı olarak doğrudan kullanılmaktadır.

Üretilen ZrO₂.SiO₂’nin önemli bir bölümü, doğrudan refrakter üretiminde kullanılır.

• Üretim yöntemi, büyük ölçüde ihtiyaç duyulan ZrO₂ saflığına bağlıdır.

• Bugün için üretilen ZrO₂’yı, kullanılan başlangıç hammaddelerine göre:

– cevherlerden üretilen saf ZrO₂ ve

– Zr kimyasallarından üretilen ZrO₂ olmak üzere ikiye ayırmak mümkündür.

• Zirkon ve baddeleyit cevherlerinden saf ZrO₂ üretiminde, istenmeyen oksitlerin bünyeden uzaklaştırılması için

birçok ticari yöntem geliştirilmiştir. ZrO₂.SiO₂’den ZrO₂ üretimi başlıca, termal ve kimyasal olmak üzere iki şekilde gerçekleştirilir.

Kimyasal Yöntem Kullanılan Hammaddeler Beraber çöktürme Karışık hidroksitler

Buharlaştırma ve parçalama Karışık tuz çökeltileri

Hidroliz Karışık alkoksit çözeltileri

Freeze drying Karışık tuzlar

Dehidratasyon Karışık oksit sol veya jeller

Parçalama Zirkon kumu karıştırılmış tuzlar

Tuz emdirilmiş polimer fiberler Hidrotermal yeniden kristalleşme Tuz çözeltileri

Alev püskürtme Tuz çözeltileri

• Bu yöntemlerde, başlangıç hammaddesi olarak çeşitli Zr kimyasalları kullanılarak, çok saf ve ince boyutlu ZrO₂ tozu üretilir. ZrO₂’nın ticari kullanımı çeşitli oksit ilaveleriyle, yüksek sıcaklık

polimorflarının kısmen veya tamamen stabilize edilmesiyle mümkündür. Bu açıdan seramiğin özellikleri, büyük oranda mikroyapının

üniformluğuna ve dolayısıyla oksitlerin atomik

boyutta homojen karışımına bağlıdır. Hidroksitlerin kontrollü bir şekilde beraber çöktürülmesi, tozların iyi bir şekilde karışımına imkan sağlar.

• ZrO

Tozu SEM Görüntüsü

Zirkon (ZrO

SiO

)

• Zirkonyum'un doğal durumunda bulunan en önemli birleşiği (ZrSiO₄); renksiz, sarı, yeşil, kahverengi türleri olan doğal ve saydam, değerli bir taştır.

• Sinterleme sonucu mono kristal fazdan polikristalin kübik forma dönüşen, kübik zirkonya (CZ), kuyumculukta terminoloji hatası olarak zirkon tabiri ile ifade edilmektedir.

• Nezosilikat grubuna ait bir mineraldir.

• Bünyesinde Hafniyum isotopunun yanı sıra radyoaktif uranyum ve radyojenik kurşun isotoplarını da bulundurur.

Bu sebeple mineral, radyometrik yaşlandırma yöntemlerinde kullanılır.

• Batı Avusturalya'da bulunan Narryer Gnays bölgesinden alınan örneklerden çıkan zirkon minerallerinden ölçülen U- Pb izotop oranıyla Dünyanın yaşı belirlenmiştir. Bu bölgeden elde edilen zirkonlar, Dünya'nın en yaşlı

• Zirkon'un ergime noktası 2420°C olup alüminyum gibi bazı ergimiş metallere karşı ıslatma direnci yüksektir.

• Asidik kimyasal maddelere, asidik cürufa ve asidik ergimiş cama karşı da direnci yüksektir.

• Zirkonun genleşmesi çok düşük olduğu için termal şok direnci fazladır.

• Kristal yapısı değişmez fakat 1730 °C'nin üzerinde parçalanır. Bu parçalanma zirkonun bu sıcaklıktaki termal şok direncini olumsuz yönde etkiler.

• Zirkon suda mineral asitlerinde ve alkalilerde çözülmez.

• Sıcak sülfürik aside karşı direnci çok iyidir.

• Zirkona asitlerin, ergimiş asit camların ve bazik cürufların yaptığı tahribat önemsizdir fakat bazik camların etkisi fazladır.

• Islatma direnci iyidir ve alüminyum, platin, nikel ve paslanmaz çeliğin ergitilmesinde geniş çapta kullanılmaktadır.

MgO

• MgO’ın ergime noktası 2830^oC ve kaynama noktası ise 3600^oC’dir. Yoğunluğu 3.50 gr/cm³’dür.

• Alüminadan daha pahalı ve termal genleşmesi çok yüksektir.

Oksitleyici atmosferde, alüminadan daha yüksek sıcaklılarda kullanılabilmektedir.

• Magnezya çok iyi kalsine edilmediği zaman suda ve mineral asitlerinde yavaşça çözünür.

• Yüksek sıcaklıklarda yoğun magnezyanın, mineral asitlerine, asit gazlara ve rutubete karşı direnci yüksektir. Magnezyanın aynı zamanda nötr tuzlara karşı direnci de yüksektir.

• 1800^oC’ye kadar karbonla temas halinde kararlıdır. Fakat 2000^oC’de karbon ve karbürler ile hızla reaksiyona

girmektedir.

Mg

O

Magnezya, elektrik ark fırınlarında

ergitildikten sonra yeniden

kristallendirilir ve elektro ergitilmiş magnezya elde edilir.

• Refrakter malzeme üretiminde kullanılan kullanılan magnezya, pulverize halde ticari

olarak satılmaktadır. Aynı zamanda refrakterlik özelliğinden dolayı bazı çimento bileşimlerinin içinde de bulunur.

• Magnezyanın pek çok metalle temasında,

alüminadan daha az kararlı olduğu bilinmektedir.

Bununla birlikte magnezya potalarının Ni, Fe, Cu ve Pt eritme için uygun olduğu tespit edilmiştir.

Magnezya aynı zamanda ergimiş kurşun oksit ve kurşun tuzları için de kullanılmaktadır.

• Bazı elektrikli cihazlarda hava veya su ile ısıtıcı elemanın temasını kesmek için

yalıtım malzemesi olarak kullanılabilir.

• Ekstrüde edilmiş MgO Termokupllarda kılıf

olarak kullanılabilir.

ZnO

• ZnO kristalleri hegzagonal bir yapıya sahiptir.

Özgül ağırlığı 5,72 g/cm³’dür. ZnO ergimez, bozulma sıcaklığı yaklaşık olarak 1975± 25

oC’dir.

• Saf ZnO oda sıcaklığında beyaz renkte olup ısıtıldığında sarı rengi alır. ZnO, farklı

sıcaklıklara ısıtıldığında sarı, yeşil, kahverengi ve kırmızı başta olmak üzere farklı renkler

alabilir.

• ZnO, Fransız yöntemi ve Amerikan yöntemi olmak üzere iki farklı şekilde üretilmektedir.

• Yüksek saflıktaki ZnO, Fransız yöntemi ile

üretilir.

1- Amerikan yöntemi:

• Beyazlığın ve saflığın önemli olmadığı alanlarda

(özellikle lastik endüstrisinde) kullanılan ZnO tozları bu yöntemle üretilmektedir.

• Yöntemde, ZnO direkt olarak mangan oksitli ve

demir oksitli bir çinko oksit cevheri olan franklinitten üretilir.

• Bu cevher, kömür ile karıştırılır ve özel olarak dizayn edilmiş fırına şarj edilir. Karbon ve CO cevherin

ZnO’ini Zn metaline indirger. İndirgenen Zn metali buharlaştırılır ve fırına hava verilerek tekrar ZnO’e oksitlenir. Kaba taneler siklonda, ince taneler ise filtrelerde tutulurken, daha büyük taneler ise tekrar

2- Fransız yöntemi:

• Bu proses CO gazlı ve ısıtılmış bir retort içerisindeki buharlaştırılmış Zn’dan

ibarettir. Daha sonra, yanmalı bir oda

içerisinde önceden ısıtılmış hava akışı

yardımıyla hem Zn buharı hem de CO

oksitlenir. Redükleyici gaz (CO) Zn’nun

buharlaşmasında yardımcı olur. Yanma

sırasında Zn buharının ZnO’e dönüşümü

ile CO

oluşur.

• Varistörler çok bileşenli seramik cihazlar

olup, görevleri yüksek gerilim hatlarında ve elektronik devrelerde ani voltaj

yükselmelerine karşı koruma sağlamaktır.

Bu amaçla devrelerde aşırı voltaj koruyucusu olarak kullanılırlar.

• Varistörlerin ana bileşeni ZnO’dir. Ancak varistör olarak kullanılabilmesi için ZnO’e çok sayıda farklı metal oksit katkıların

yapılması gerekmektedir. Her ilave kırılma

voltajı, düzensizlik katsayısı gibi bir veya

• ZnO varistörler genellikle geleneksel seramik üretim yöntemi olan metal oksit tozlarının

karıştırılması ile üretilirler. ZnO ve diğer metal oksit ilaveler yaş olarak öğütülerek homojen olarak karışmaları sağlanır. Öğütme

işleminden sonra karışım kurutulur ve granüle hale getirilir. Daha sonra karışım istenilen şekil verilmek üzere preslenmekte ve yüksek

sıcaklıkta sinterlenmektedir. Genellikle diske

benzer şekilde preslenirler. Tipik sinterleme

sıcaklığı 1000-1400

C arasında varistörün

bileşimine göre değişmektedir.

Co₃O₄ / CoO Sb₂O₃

SiO₂

MnO / MnO₂ Bi₂O₃

Cr₂O₃

ZnO

Karıştırma, öğütme ve Şekillendirme

Sinterleme

ZnO varistör üretimi

Direnci, uygulanan voltajla değişen

resistörlere varistör denir.

• Telekominikasyon alanında

• Otomotiv alanında

• Tıp alanında

• Trafik alanında

• Ev Aletleri alanında

• Bilgi işlem alanında

Yitriya (Y

O

)

• Yitriyanın ergime noktası 2410ºC olup havada oldukça kararlıdır ve kolayca redüklenmez.

• Karbondioksiti absorbe eder ve asitlerde çözünür.

• Yitriya, Nerst lambalarında flaman olarak, torya ve zirkonya ile alaşım halinde az miktarda kullanılmaktadır.

• Zirkonyaya ilave edildiğinde yapısını kübik yapıda kararlı kılar.

• Başlıca yitriya mineralleri, gadolinit, xenotim ve fergusonit’tir.

• Bunlardan gadolinit (FeO.2BeO.Y₂O₃.2SiO₂), en önemli mineral olup Teksas civarında bolca bulunmaktadır.

• Yitriya, fluorit yapısına benzer olarak kübik yapıdadır.

• Yitriya fevkalade refrakter olması ve birçok atmosferde kimyasal olarak kararlı olması sebebiyle, tüp, kayıkçık ve pota olarak özel amaçlar için kullanılmaktadır.

• Y₂O₃ ayrıca mikrodalga filtresi olarak kullanılan yitrium demir garnet [Y₃Fe₂(FeO₄)₃ or Y₃Fe₅O₁₂] yapımında kullanılır.

• Yüksek sıcaklık süperiletkeni olan YBa₂Cu₃O₇ yapımında da kullanılır:

• 2 Y₂O₃ + 8 BaO + 12 CuO + O₂

bu reaksiyon 800 °C’de gerçekleşir.

Renkli televizyon tüplerinde de kullanılmaktadır.

SiAlON

• SiAlON seramikler 1970’li yılların başında keşfedilmiştir. Bu seramikler, Si₃N₄’de Si ve N ile O ve Al’un kısmi yer değiştirmesi sonucu ilk olarak β- SiAlON (Si_6-zAl_zO_zN_8-z) olarak elde edilmiştir. α- SiAlON ise 1978 yılında bulunmuştur.

• SiAlON seramikleri genellikle α-Si₃N₄ veya β-Si₃N₄ tozlarından hazırlanır, fakat son oluşan faz α veya β-SiAlON fazlarından ikisinden biri olabilir.

• SiAlON seramikler mühendislik malzemelerinden olup demir dışı metallerle temas halinde olması gereken durumlarda başka malzemelere göre daha dayanıklıdır.

• Alüminyum, bronz, pirinç ve diğer yaygın endüstriyel

• Başlangıç tozları α-Si₃N₄ ve β-Si₃N₄ kullanılarak 4 farklı SiAlON katı çözeltisi aşağıda verildiği üzere oluşabilir:

• α-Si₃N₄α-SiAlON

• α-Si₃N₄β-SiAlON

• β-Si₃N₄β-SiAlON

• β-Si₃N₄α-SiAlON

• Bir diğer SiAlON yapısı olan O-SiAlON Si_2-xAl_xO_1+xN_2-x formülüne sahiptir. Burada x değeri 0’dan 0,4’e kadar olabilir.

Bu tip SiAlON’lar β-Si₃N₄ ile benzer yapıdadırlar.

• Başka bir SiAlON yapısı olan X-SiAlON’un genel formülü Si₁₂Al₁₈O₃₉N₈ şeklindedir.

SiAlON ceramic, etched in molten KOH, Mag 20,000

• α-SiAlON, α-Si₃N₄ birim hücresi üzerine kurulu bir katı çözeltidir. Genel gösterimi M-Si-Al-O-N seklindedir. Burada M; Li, Mg, Ca, Y, Ln (Yb ile Nd arasındaki tüm nadir elementler) gibi bir metal katyonunu temsil etmektedir. α-SiAlON’un birim hücresinde atomlar arası boşluk vardır ve bu boşluklara ilave atomlar girebilmektedir.

• İlave edilen bu metal oksitlerin çeşidi ve miktarı yapının yoğunlaşma davranışını, mekanik özelliklerini, faz dönüşümlerini, oluşan fazların dağılımını ve mikroyapısal özelliklerini değiştirir.

Özellikle Y₂O₃ ilave edilerek Y-Si-Al-O-N sistemi oluşturulup SiAlON yapısını ve özelliklerini anlamak

• β-SiAlON’lar genel olarak Si_6-zAl_zO_zN_8-z (0 ≤ z ≤ 4,2) formülü ile gösterilmektedirler. Bu formülde z = 0 olduğunda yapı Si₃N₄’dür. z değerinin artması ile katı çözeltide daha fazla Al ve O bulunur ve latis genişler.

• Genellikle α-SiAlON’lar eşeksenli taneli olup yüksek sertlik ve aşınma direnci gösterirken düşük kırılma tokluğuna sahiptirler. Aynı zamanda birbirinden çok farklı boyuta sahip atomlardan oluşması nedeniyle düşük ısıl iletkenlik gösterirler.

• β-SiAlON’lar ise çubuksu tanelidir ve yüksek kırılma tokluğu, iyi ısıl iletkenlik fakat α-SiAlON’a göre düşük sertlik gösterirler. Ayrıca oksidasyon direncinin taneler arası camsı faza bağlı olduğu düşünülürse α-SiAlON’lar β-SiAlON’lara göre oldukça iyi oksidasyon direncine sahiptirler.

• SiAlON seramiklerin bazı özellikleri:

- Mükemmel termal şok direnci

- Demir dışı metaller tarafından korozyona uğramaz veya ıslatılamazlar

- Yüksek mukavemet - İyi kırılma tokluğu

- İyi yüksek sıcaklık mukavemeti - Düşük termal yayınma

- İyi oksidasyon direnci

SiAlON Seramiklerin Üretimi

• SiAlON seramikleri genelde Si₃N₄, Al₂O₃, AlN ve sinterlemeye yardımcı olmak için bazı oksit katkılarla 1500^oC ve üzeri sıcaklıklarda ve şekillendirilmiş formda hazırlanır.

• Karbo-termal indirgeme ve nitrürleme yöntemi ise daha basit bir teknikle ve doğada bol ve ucuz olarak bulunan hammaddelerden daha düşük maliyetle SiAlON’un sentezlenmesi için kullanılabilen alternatif bir yoldur.

Şimdiye kadar ucuz seramik hammaddelerden olan kil minerali, holloysit, montmorillonit, bentonit, kaolen, zeolit, pirofilit, feldspat gibi hammaddeler ve uçucu kül gibi atık malzemeler β-SiAlON sentezlenmesinde kullanılmıştır.

• SiAlON seramiklerin başlıca kullanım yerleri:

- Makine takım parçaları - Metal işleme aletleri

- Ekstrüzyon makineleri (kalıp, boru tesisatı, kılavuzlar)

- Gaz türbinleri için motor bileşenleri - Döküm potaları

Şekillendirme parçaları