TEKNOLOJİK SERAMİKLER-7 OKSİT SERAMİKLER

Transkript

1 TEKNOLOJİK SERAMİKLER-7 OKSİT SERAMİKLER

2 Oksit seramikler, yüksek sıcaklıklarda kullanılmaya müsait metallerin oksijenle yaptıkları bileşiklerdir. Bir çok oksit seramik iyonik bağlı olup, iyonik bağlı malzemelerin genel karakteristiklerine sahiptir. 2

3 Bu özellikler; Saydamlık, Elektrik ve ısı iletiminde direnç, Kimyasal kararlılık. Yüksek elastik modül, Sertlik, Gevreklik, Refrakterlik, Düşük termal genleşme ve, Korozyona karşı dirençliliktir.

4 Al 2 O 3 malzeme olarak en çok kullanılan ileri teknoloji seramikleri arasındadır. Ayrıca, ileri teknoloji seramikleri için en çok kullanılan 4 hammadde yine alüminadır.

5 Alüminyumun en önemli oksidi Al 2 O 3 formülü ile gösterilen alüminadır. AlO ve Al 2 O bileşikleri ancak gaz halinde ve yüksek sıcaklıklarda bulunabilmektedir. Hekzagonal sıkı düzende paketlenmiş yapıya sahip olan Al 2 O 3 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 seramikleri içinde kendine önemli bir yer edinmiştir. 5

6 Al green, O red sapphire/corundum 6

7 Korundum olarak adlandırılan alümina, pek çok seramik malzemede bulunan ana fazlardan birisidir gr/cm 3 yoğunlukta olup, sertliği Mohs ölçeğinde 9 dur. Alümina amfoterik özellikte olduğundan hem asit hem de alkalilere karşı aynı direnci gösterir. Ergime noktası 2000 ± 30 0 C 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. 7

8 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. 8

9 Property Value Vickers hardness (Hv 500g) Tensile strength (N/mm 2 ) Bending strength (N/mm 2 ) Compressive strength (N/mm 2 ) Young s modulus (N/mm 2 ) 3.8x10 5 Poisson s ratio Fracture toughness K IC -½ (MPa.m) 4-5 9

10 Genel kullanım alanları Refrakterler, Elektrik yalıtkanları, Elektronik devrelerde altlık olarak, Kesici uçlarda, Isı motorlarında ve enerji santrallerinde, Aşınmaya maruz parçalarda, Aşındırıcılarda ve Kompozit malzemelerdir.

11 11

12 Alumina Toz Üretimi Mikron altı alümina üretimi için başlıca iki yöntem kullanılmaktadır. Bunlar; 1.Sol-Jel Prosesi 2. Bayer Prosesi 12

13 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. 13

14 1. Hidroliz: Alüminyum isopropoksit [Al(OC 3 H 7 ) 3 ] ve alüminyum sekonder butoksit [Al(OC 4 H 9 )] kullanılmaktadır. Hidroliz alkoksitlerin bol su içerisinde şiddetli karıştırılmaları ile gerçekleşir. Hidroliz aşamasında soğuk su kullanıldığında istenmeyen reaksiyon: AlO( OH) ( OR) (1 x) H O Al( OH 1 x x 2 ) 3 Bayerit ile amorf bayerit oluşumu meydana gelir. Bayerit oluşumu yaklaşık olarak 3-4 saat içerisinde gerçekleşmektedir. Hidroliz aşamasında sıcak su kullanıldığında: xroh o alkol AlO( OH ) 3 (80 C) H 2O Al( OR) 2( OH ) ROH reaksiyonu sonucu kristal halde hidrolize alkoksit meydana gelir. 14

15 2. Peptizasyon: Asit miktarı/hidroliz karışımı, kritik miktarda asit gerektirmektedir. Peptizasyon aşamasında karışım sıcaklığı 80 o C 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. OH OH I I Al( OR).( OH ) H O OR Al O Al OR 2ROH

16 Peptizasyon ile elde edilen şeffaf sol (yani solüsyon) polietilen tepsiye konur ve 90 o C deki fırına sürülür. Bu durumda sol, jel haline gelir. Jel 300 o C ye kadar kararlıdır, fakat 140 o C ta molekül suyunu kaybeder. Bu jelin farklı sıcaklılarda pirolizi ile -Al 2 O 3 ( 475 o C), - Al 2 O 3 ( 1100 o C) ve - Al 2 O 3 ( 1300 o C) elde edilir. 16

17 2. Bayer Prosesi: 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. Fe 2 O 3, TiO 2, SiO 2 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 mm tane boyutuna sahip alümina elde edilir. 17

18 18

19 19

20 Zirkonya doğada başlıca; Baddeleyit (ZrO 2 ) ve Zirkon (ZrO 2.SiO 2 ) mineralleri şeklinde bulunur. ZrO 2 diğer oksit seramikler gibi iyonik bağlı olup, saydamlık, elektrik ve ısı iletimine direnç, kimyasal kararlılık ve yüksek sıcaklıklarda iyonik iletkenlik gibi üstün özelliklere sahiptir. ZrO 2 in yüksek sıcaklıklarda düşük buhar basıncına sahip olması vakum altındaki birçok uygulamalarda kullanımına imkan sağlamaktadır. 20

21 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. 21

22 Aşındırıcılarda, refrakter olarak, seramik ve boya pigmentlerinde ve döküm kumu olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte ZrO 2 esaslı seramiklerin termomekanik ve elektriksel özellikleri ileri ve mühendislik uygulamalarında yaygın ve hızlı bir şekilde kullanımına imkan sağlamıştır. 22

23 23

24 Monoklinik yapı oda sıcaklığından 1170 o C 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. 24

25 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 duyulur. 25

26 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, ZrO 2 dır. ZrO 2 da t-m faz dönüşümüyle üretilen hacim değişikliği (artışı) ve kayma genlemesi, çatlak ilerlemesini engelleyerek malzemenin kırılmaya direncini arttırmaktadır. 26

27 27

28 Sinterleme sonrası soğutma işleminde t-m faz dönüşümüyle meydana gelen hacim artışının neden olduğu hasar, saf ZrO 2 dan parça üretimini imkansız hale getirir. Bu nedenle ZrO 2 nın bütün mühendislik uygulamaları, kısmen veya tamamen stabilize edilmiş bir mikroyapıya ihtiyaç duyar. Stabilizasyon terimi esas olarak düşük sıcaklıklarda k-zro 2 fazını kararlı hale getirmek için kullanılır. Dolayısıyla kısmen stabilize edilmiş ZrO 2, diğer polimorfları da içerir. İlave oksit malzemeler, genellikle t-zro 2 çökeltilerinin mevcut olduğu k-zro 2 yapısını stabilize etmek için yapılır. 28

29 Temel ilaveler, oda sıcaklığından erime sıcaklığına kadar k-zro 2 fazının kararlı olmasını sağlayan ve ZrO 2 ile katı çözeltiler oluşturan MgO, CaO ve Y 2 O 3 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-zro 2 yapısını kararlı hale getirmektedir. k-zro 2 fazını stabilize etmek için kullanılan alaşım oksitleri, ZrO 2 daki faz dönüşüm sıcaklıklarını düşürücü etki yaparlar. Böylece k-zro 2 ve m-zro 2 (veya t-zro 2 ) fazlarının karışımından meydana gelen malzemeler 29 üretmek mümkündür.

30 ZrO 2 doğada badeleyit minerali ve zirkon (ZrO 2.SiO 2 ) şeklinde bulunur. Baddeleyit, aşındırıcı olarak doğrudan kullanılmaktadır. Üretilen ZrO 2.SiO 2 nin önemli bir bölümü, doğrudan refrakter üretiminde kullanılır. Üretim yöntemi, büyük ölçüde ihtiyaç duyulan ZrO 2 saflığına bağlıdır. Bugün için üretilen ZrO 2 yı, kullanılan başlangıç hammaddelerine göre: cevherlerden üretilen saf ZrO 2 ve Zr kimyasallarından üretilen ZrO 2 olmak üzere ikiye ayırmak mümkündür. 30

31 Zirkon ve baddeleyit cevherlerinden saf ZrO 2 üretiminde, istenmeyen oksitlerin bünyeden uzaklaştırılması için birçok ticari yöntem geliştirilmiştir. ZrO 2.SiO 2 den ZrO 2 üretimi başlıca, termal ve kimyasal olmak üzere iki şekilde gerçekleştirilir. Kimyasal Yöntem Beraber çöktürme Buharlaştırma ve parçalama Hidroliz Freeze drying Dehidratasyon Parçalama Hidrotermal yeniden kristalleşme Alev püskürtme Organik dehidratasyon Kullanılan Hammaddeler Karışık hidroksitler Karışık tuz çökeltileri Karışık alkoksit çözeltileri Karışık tuzlar Karışık oksit sol veya jeller Zirkon kumu karıştırılmış tuzlar Tuz emdirilmiş polimer fiberler Tuz çözeltileri Tuz çözeltileri Karışık tuz çözeltileri 31

32 Bu yöntemlerde, başlangıç hammaddesi olarak çeşitli Zr kimyasalları kullanılarak, çok saf ve ince boyutlu ZrO 2 tozu üretilir. ZrO 2 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. 32

33 ZrO 2 Tozu SEM Görüntüsü 33

34 Zirkon (ZrO 2 SiO 2 ) 34

35 Zirkonyum'un doğal durumunda bulunan en önemli birleşiği (ZrSiO 4 ); 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 zirkonları olarak yorumlanmıştır. 35

36 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. 36

37 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. 37

38 MgO 38

39 MgO ın ergime noktası 2830 o C ve kaynama noktası ise 3600 o C dir. Yoğunluğu 3.50 gr/cm 3 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 o C ye kadar karbonla temas halinde kararlıdır. Fakat 2000 o C de karbon ve karbürler ile hızla reaksiyona girmektedir. 39

40 Mg O 40

41 Magnezya, elektrik ark fırınlarında ergitildikten sonra yeniden kristallendirilir ve elektro ergitilmiş magnezya elde edilir. 41

42 Refrakter malzeme üretiminde kullanılan kullanılan magnezya, pulverize halde ticari olarak satılmaktadır. Aynı zamanda refrakterlik özelliğinden dolayı bazı çimento bileşimlerinin içinde de bulunur. 42

43 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. 43

44 Bazı elektrikli cihazlarda hava veya su ile ısıtıcı elemanın temasını kesmek için yalıtım malzemesi olarak kullanılabilir. 44

45 Ekstrüde edilmiş MgO Termokupllarda kılıf olarak kullanılabilir. 45

46 ZnO 46

47 ZnO kristalleri hegzagonal bir yapıya sahiptir. Özgül ağırlığı 5,72 g/cm 3 dür. ZnO ergimez, bozulma sıcaklığı yaklaşık olarak 1975± 25 o C 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. 47

48 ZnO, Fransız yöntemi ve Amerikan yöntemi olmak üzere iki farklı şekilde üretilmektedir. Yüksek saflıktaki ZnO, Fransız yöntemi ile üretilir. 48

49 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 prosese döner. 49

50 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 2 oluşur. 50

51 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 birkaç parametreyi etkilemektedir. 51

52 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 o C arasında varistörün bileşimine göre değişmektedir. 52

53 Cr 2 O 3 SiO 2 Bi 2 O 3 Sb 2 O 3 MnO / MnO 2 ZnO Co 3 O 4 / CoO Karıştırma, öğütme ve Şekillendirme Sinterleme Direnci, uygulanan voltajla değişen resistörlere varistör denir. ZnO varistör üretimi 53

54 Telekominikasyon alanında Otomotiv alanında Tıp alanında Trafik alanında Ev Aletleri alanında Bilgi işlem alanında 54

55 Yitriya (Y 2 O 3 ) 55

56 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. 56

57 Başlıca yitriya mineralleri, gadolinit, xenotim ve fergusonit tir. Bunlardan gadolinit (FeO.2BeO.Y 2 O 3.2SiO 2 ), en önemli mineral olup Teksas civarında bolca bulunmaktadır. Yitriya, fluorit yapısına benzer olarak kübik yapıdadır. 57

58 Yitriya fevkalade refrakter olması ve birçok atmosferde kimyasal olarak kararlı olması sebebiyle, tüp, kayıkçık ve pota olarak özel amaçlar için kullanılmaktadır. Y 2 O 3 ayrıca mikrodalga filtresi olarak kullanılan yitrium demir garnet [Y 3 Fe 2 (FeO 4 ) 3 or Y 3 Fe 5 O 12 ] yapımında kullanılır. Yüksek sıcaklık süperiletkeni olan YBa 2 Cu 3 O 7 yapımında da kullanılır: 2 Y 2 O BaO + 12 CuO + O 2 bu reaksiyon 800 C de gerçekleşir. 58

59 Renkli televizyon tüplerinde de kullanılmaktadır.

60 SiAlON 60

61 SiAlON seramikler 1970 li yılların başında keşfedilmiştir. Bu seramikler, Si 3 N 4 de Si ve N ile O ve Al un kısmi yer değiştirmesi sonucu ilk olarak β- SiAlON (Si 6-z Al z O z N 8-z ) olarak elde edilmiştir. α- SiAlON ise 1978 yılında bulunmuştur. SiAlON seramikleri genellikle α-si 3 N 4 veya β-si 3 N 4 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 metaller tarafından ıslatılamazlar. 61

62 Başlangıç tozları α-si 3 N 4 ve β-si 3 N 4 kullanılarak 4 farklı SiAlON katı çözeltisi aşağıda verildiği üzere oluşabilir: α-si 3 N 4 α-sialon α-si 3 N 4 β-sialon β-si 3 N 4 β-sialon β-si 3 N 4 α-sialon SiAlON ceramic, etched in molten KOH, Mag 20,000 Bir diğer SiAlON yapısı olan O-SiAlON Si 2-x Al x O 1+x N 2-x formülüne sahiptir. Burada x değeri 0 dan 0,4 e kadar olabilir. Bu tip SiAlON lar β-si 3 N 4 ile benzer yapıdadırlar. Başka bir SiAlON yapısı olan X-SiAlON un genel formülü Si 12 Al 18 O 39 N 8 şeklindedir. 62

63 α-sialon, α-si 3 N 4 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 Y 2 O 3 ilave edilerek Y-Si-Al-O-N sistemi oluşturulup SiAlON yapısını ve özelliklerini anlamak 63 için yapılmış pek çok çalışma vardır.

64 β-sialon lar genel olarak Si 6-z Al z O z N 8-z (0 z 4,2) formülü ile gösterilmektedirler. Bu formülde z = 0 olduğunda yapı Si 3 N 4 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. 64

65 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 65

66 SiAlON Seramiklerin Üretimi SiAlON seramikleri genelde Si 3 N 4, Al 2 O 3, AlN ve sinterlemeye yardımcı olmak için bazı oksit katkılarla 1500 o C 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. 66

67 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 Otomotiv parçaları Termokupl kılıfları 67