YAPISAL SERAMİK MALZEME TEKNOLOJİSİ-6

YAPISAL SERAMİK MALZEME TEKNOLOJİSİ-6 Oksit Yapısal Seramikler Yrd. Doç. Dr. Nuray Canikoğlu

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; saydamlık, elektrik ve ısı iletiminde direnç, kimyasal kararlılık, yüksek elastik modül, sertlik, gevreklik, refrakterlik, düşük termal genleşme ve korozyona karşı direnç. 2

Alümina (Al 2 O 3 ) 3

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. Yakut tel çekme klavuzu Tek kristal halinde, kırmızı ve mavi renklerde yakut ve safir olarak isimlendirilen mücevher kalitesinde de doğada bulunmaktadır. Alümina seramik malzemelerin büyük bir kısmında ana fazlardan birisi olduğu gibi, yüksek ergime sıcaklığı ve sertlik ile düşük ısıl iletkenlik gibi özellikleri alüminaya mühendislik seramikleri içinde önemli bir yer sağlamıştır. 4

Al green, O red sapphire/corundum 5

Korundum olarak adlandırılan alümina, pek çok seramik malzemede bulunan ana fazlardan birisidir. 3,98 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. 6

Metalurjik alüminyum üretimine dönük olan Bayer yöntemi ile üretilmekte olan dünya alümina üretiminin yaklaşık % 10 u alüminyum metal üretimi dışındaki sektörlerde kullanıma dönüktür. Bu payın yaklaşık yarısı seramik sektöründe refrakterler, beyaz eşyalar, bujiler, aşındırıcılar ve teknik seramiklerin yapımında kullanılır. Alüminadan poroz ve yoğun ürünler yapılabilir. Ucuzluğu, ergime noktası, sağlığa zarar vermeyişi ve uygulanabilirliği kolaylıkla refrakter safiyetinde bulunabilirliği alüminayı refrakter uygulamalarda üstün kılmaktadır. 7

Property Value Vickers hardness (HV 500g) 1800-2000 Tensile strength (N/mm 2 ) 200-250 Bending strength (N/mm 2 ) 200-600 Compressive strength (N/mm 2 ) 1900-2000 Young s modulus (N/mm 2 ) 3.8x10 5 Poisson s ratio 0.25-0.30 Fracture toughness K IC - (MPa.m ½ ) 4-5 8

Alumina Üretimi Mikron altı alümina üretimi için başlıca iki yöntem kullanılmaktadır. Bunlar; 1. Sol-Jel Prosesi 2. Bayer Prosesi 10

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 4. Aluminanın pirolizi 11

1.Hidroliz: Alüminyum isporopoksit [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) H2O Al( OR) 2( OH) ROH reaksiyonu sonucu kristal halde hidrolize alkoksit meydana gelir. 12

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; OH OH I I Al( OR).( OH) H O OR Al O Al OR 2ROH 2 2 2 13

Peptize sol 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. 14

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 40-100 mm tane boyutuna sahip alümina elde edilir. 15

Berilya (BeO) 17

Bilinen 40 kadar berilyum minerali arasında teknik ve ekonomik açıdan en önemlisi beril minerali (Zümrüt - 3BeO.Al 2 O 3.6SiO 2 ) olup yaklaşık %4 civarında berilyum ve %17 berilya içermektedir. Diğer önemli mineraller arasında bertrandit, helvit, fenasit ve krizoberil sayılabilir. Berilin ekonomik olabilen kaynakları heterojen pegmatitlerde bulunmaktadır. BeO, hegzagonal yapıda olup, termal kararlılığı ve redüksiyon direnci yüksektir. Yüksek sıcaklıkta karbonla redüklenmeye karşı en dirençli oksittir. Isı iletimi oldukça yüksek olmasına karşın elektriksel iletimi oldukça düşüktür. 1600 C ye kadar mekanik özelliklerini korur. Ve bu sıcaklıkta basma mukavemeti en yüksek oksittir. 18

İnsan sağlığı açısından oldukça zararlıdır. Toz ve duman halde vücuda girmesi engellenmelidir. Akciğer hastalıklarına önemli oranlarda sebep olmaktadır. Zehirleyici özelliktedir. Yüksek saflıktaki BeO, Be(OH) 2 in 1200 C den 1800 C ye kadar kalsinasyonu ile elde edilebilir. Ayrıca berilya, BeSO 4 ın daha düşük sıcaklıklarda kalsinasyonu ile de elde edilebilir. 20

Poroz olmayan berilya ancak sinterleme ile üretilebilir. BeOH 2 den üretilen BeO in kristal boyutu kalsinasyon arttıkça artmaktadır. 21

Bilgisayar parçaları, uzay teknolojisinde, askeri araç zırh yapımında, ergitme potası, nükleer reaktör yakıtları, termokupl tüpleri, telekomünikasyon ve bilgisayar endüstrisi gibi sektörlerde kullanılır, ayrıca yüksek yoğunluklu elektrik devreleri, otomotiv ateşleme sistemleri için alt-tabakalar ve cam sanayinde katkı maddesi olarak, roket memeleri, kroze, tüp, indüksiyon fırınlarının imalinde ve nükleer reaktörlerde yoğun olarak kullanılır. Ancak aluminadan 200 kat pahalı olması kullanım alanını daraltmaktadır. 23

Zirkonya (ZrO 2 ) 25

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. 26

Ergime sıcaklığının yüksek olması, Asidik kimyasal maddelere, 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. 27

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 uygulamalarda yaygın ve hızlı bir şekilde kullanımına imkan sağlamıştır. 28

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. 30

Tokluk genel olarak: Çatlak ilerlemesi esnasında absorbe edilen enerjinin bir ölçüsü olarak tanımlanır. Normalde sünek kristalin malzemeler, plastik deformasyon göstererek tokluklarını artırırlar. Seramikler gibi gevrek malzemeler de ise, oda sıcaklığında deforme edilemediklerinden; tokluğu artırmak için seramik matrikslere fiber takviyesi ve dönüşüm toklaşması gibi diğer enerji absorblayıcı mekanizmalara ihtiyaç duyulur. 31

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 ve kayma genlemesi, çatlak ilerlemesini engelleyerek malzemenin kırılmaya direncini artırmaktadır. 32

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. 34

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 artırılması, 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 üretmek mümkündür. 35

ZrO 2 doğada badeleyit minerali ve zirkon (ZrO 2.SiO 2 ) şeklinde bulunur. Badeleyit, 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. 36

Zirkon ve badeleyit 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. 37 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

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. 38

39 ZrO 2 Tozu SEM Görüntüsü

40 Zirkon (ZrO 2 SiO 2 )

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) için, kuyumculukta terminoloji hatası olarak zirkon tabiri yerleşmiştir. 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 Dünya'nın yaşı 4.404 milyar yıl olarak belirlenmiştir. Bu bölgeden elde edilen zirkonlar, Dünya'nın en yaşlı zirkonları olarak yorumlanmıştır. 41

Zirkon'un ergime noktası 2420 C olup alüminyum gibi bazı ergimiş metallere karşı ıslatma direnci yüksektir. Asidik kimyasal maddelere, curufa ve cama karşı da direnci yüksektir. Zirkonun genleşmesi çok düşük olduğu için ısıl şok direnci fazladır. Kristal yapısı değişmez fakat 1730 C'nin üzerinde parçalanır. Bu parçalanma zirkonun bu sıcaklıktaki termal şok direncini olumsuz yönde etkiler. 42

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. 43

Magnezya (MgO) 44

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 da direnci yüksektir. 1800 o C ye kadar karbonla temas halinde kararlıdır. Fakat 2000 o C de karbon ve karbürler ile hızla reaksiyona girmektedir. 45

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

Refrakter malzeme olarak kullanılan %96 teorik yoğunluktaki magnezya pulverize halde ticari olarak satılmaktadır. Aynı zamanda refrakterlik özelliğinden dolayı bazı çimento bileşimlerinin de içinde bulunur. 48

Magnezyanın pek çok metalle temasında, alüminadan daha az kararlı olduğu bilinmektedir. Bununla birlikte magnezya potalarının Ni, Fe, Cu ve Pt ergitme için uygun olduğu tespit edilmiştir. Magnezya aynı zamanda ergimiş kurşun oksit ve kurşun tuzları için de kullanılmaktadır. 49

Bazı elektrikli cihazlarda hava veya su ile ısıtıcı elemanın temasını kesmek için yalıtım malzemesi olarak kullanılabilir. 50

Ekstrüde edilmiş MgO Termokupllarda kılıf olarak kullanılabilir. 51

Yitriya (Y 2 O 3 ) 52

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. 53

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. 54

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 3 + 8 BaO + 12 CuO + O 2 bu reaksiyon 800 C de gerçekleşir. 55

56 SiAlON

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 ) şeklinde 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. 57

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. 58

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 için yapılmış pek çok çalışma vardır. 59

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 eş eksen 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. 60

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 61

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. 62

Örneğin, Liu* ve arkadaşları kaolenden karbo-termal indirgeme ve nitrürleme yöntemiyle β-sialon tozları elde etmişlerdir. İndirgeyici olarak karbon karası kullanmışlar ve işlem sırasında meydana gelen reaksiyon: 3Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O + 15C + 5 N 2(g) 2Si 3 Al 3 O 3 N 5 (k) + 15CO (g) + 6H 2 O şeklindedir. Bu sayede azot atmosferi altında sentezlemeyi 1450 C de 6 saatte gerçekleştirmişlerdir. 63 *X.-J. Liu, X.W. Sun, J.J. Zhang, X.P. Pu, Q.M. Ge, L.P. Huang, Fabrication of b-sialon powder from kaolin, Materials Research Bulletin 38 (2003) 1939 1948

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 64 Otomotiv parçaları Termokupl kılıfları