SiAlON seramiklerinin sürünme davranışına yoğunluk ve ısıl işlemin etkisi ve mikroyapı karakterizasyonu
Influence of density and heat treatment on creep behavior of SiAlON ceramics and their microstructural characterisation
Yazar: SERKAN ULUKUT
Danışman: PROF. DR. SERVET TURAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Nanoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Sialon seramikleri = Sialon ceramics

Özet:
Silisyum nitrür (Si3N4) esaslı malzemeler, gösterdiği yüksek mukavemet, tokluk ve düşük yoğunluk sayesinde yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılmaktadır. Si3N4'ün mekanik ve kimyasal özellikleri, yapıya alüminyum ve oksijenin katılmasıyla daha da geliştirilebilmektedir ve bu malzemeler SiAlON olarak adlandırılmaktadır. Yüksek sıcaklık uygulamalarında sürünme deformasyonu, malzemenin kullanılabilirliğini ve ömrünü belirlemektedir. Malzemelerin yüksek sıcaklık dayanımını arttırmak için, camsı fazın ötektik sıcaklığına göre, ötektik sıcaklık altı (BET) veya ötektik sıcaklık üstü (AET) ısıl işlemler uygulanabilmektedir.
    Bu çalışmada, Er-Sm-Ca çoklu katyon sistemine ve %10 SiC ikincil fazına sahip β-SiAlON malzemelerin farklı ısıl işlemler (BET, BET+AET ve oksidasyon) sonucundaki sürünme dayanımları ve ısıl işlem görmemiş numunelerde yoğunluk farkının sürünme davranışına olan etkisi incelenmiştir. Numuneler 1350 – 1390°C sıcaklıkta 100 MPa eğilme gerilimi altında 72 saat süreyle hava ortamında dört nokta eğilme testine tabi tutulmuşlardır. Sürünme öncesi ve sonrasındaki mikroyapı karakterizasyonu X-ışını difraktometresi (XRD) ve mikroskopi teknikleriyle (SEM ve EDX) yapılmıştır.
    Sürünme testleri sonucunda BET ısıl işlemi görmüş numunelerin sürünme dayanımının, ısıl işlem görmemiş ve yüksek yoğunluklu malzemelerden daha iyi olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, ısıl işlem görmemiş düşük yoğunluklu numunelerde, malzemelerin sürünme dayanımının arttığı saptanmıştır.

Abstract:
Silicon nitride (Si3N4) based materials are used in high temperature applications due to their high strength, toughness and low density. The mechanical and chemical properties of Si3N4 can be tailored further with the addition of aluminum and oxygen into the structure, which are called SiAlON materials. Creep deformation determines the usage and life of the materials in high temperature applications. In order to increase the high temperature resistance, materials can be subjected to below eutectic temperature (BET) or above eutectic temperature (AET) heat treatments, according to the eutectic point of the glassy phase.
    In this study, the influence of different heat treatments (BET, BET+AET and oxidation) and density difference of as-received samples on the creep behavior of the β-SiAlON materials that have Er-Sm-Ca multi cation system and %10 SiC as secondary phase were investigated. Samples were subjected to four-point bending test in air atmosphere under 1350 – 1390°C temperatures and 100 MPa flexural stress for 72 hours. Microstructural characterizations of the samples were carried out by X-ray diffraction (XRD) and microscopy techniques (SEM and EDX) before and after creep tests.
    According to the creep test results, samples subjected to BET heat treatment show better creep performance than the high density as-received ones. Moreover, increase in creep resistance is identified in low density as-received samples.