دانلود مقاله سیالون

چکیده سیالون ها مواد مهندسی هستند که در سیستم چهار عنصری O – N – Si – Al متبلور می شوند .

در این تحقیق ، مطالبی راجع به سیالون و انواع فازهای آن ، خواص و کاربردهای بدنه های سیالونی و روش‌های سنتزسیالون گردآوری شده است .

در بررسی های نسبتا جامع XRD بر روی سیالون ، علاوه بر جنبه کمی ، تغییر کیفی سیالون هم در طی روند استحاله مورد تحقیق قرار گرفته است .

بررسی های نیمه کمّی حاکی از آن است که سنتز سیالون به طریقه احیاء و نیتریداسیون همزمان رس ، مقرون به صرفه ترین و ساده ترین روش ممکن جهت سنتزسیالون می باشد .

در کل ، سیالون از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی ، جایگزینی مناسبی برای سیلیکون نیترید محسوب می شود .

و دامنه کاربرد سیالون در آینده‌ای نزدیک بسیار وسیعتر از پیش خواهد شد .

1 – سیالون پودر خالص بدون استفاده از افزودنی استفاده از افزودنی هایی که یک مایع یوتکتیک را تشکیل ندهد ، و دمای زینترینگ را پایین نیاورد ، به سختی زینتر و چگال می شود .

برای اولین بار (1972 ) gack و Wison و (1971) Kamayaito , oyama بطور همزمان در دو کشور مختلف ، را با واکنش داده ، ماده ای جدید بدست آورده ، آن را نام نهادند .

پسوند به دلیل تشابه ساختاری با B –و عبارت Sialon بیانگر عناصر تشکیل دهنده این ماده (Si – Al – O – N ) می باشد .

این ماده محلول جامدی از O , Al در است و حدّ حلالیت آن تا 65% آلومینا می باشد .

- سیالون ، تنها فاز متشکل از عناصر Si – Al – O – N نیست .

بلکه با تغییر درجه جایگزینی اتمهای O , Al به جای N , Si فازهای مختلفی قابل دستیابی هستند .

1 – 2 – فازهای مختلف سیستم سیالون .

سیالون ها ترکیبی از چهار عنصر Si – Al – O – N می باشند ، با فرمول عمومی زیر که در آن b,a دو متغیر هستند .

به عبارتی در شکل (1) در محدوده چهار ضلعی ALN ، وsio و ، ترکیب حاصل از واکنش عناصر با هم سیالون می دهد .

چنانچه شکل (1) را به صورت فضایی رسم کنید ، (شکل 2 ) حادث می شود .

از بین این دو شکل شکل (b ) به خاطر بیان حالت اکی‌والان بیشتر مورد توجه است.

چرا که هر گوشه از چهار وجهی یک اکی والان را نشان می دهد ، و هر اکی والان از هر عنصر یا ترکیب همیشه با یک اکی والان از دیگری واکنش می کند .

به این خاطر ترکیبات و ALN و و اگر بر حسب اکی والان بیان شوند ، در وسط وجوه چهار وجهی قرار می گیرند .

(تصاویر در فایل اصلی موجود است) سیستم شماتیک چهار عنصری Si – Al – O – N (تصاویر در فایل اصلی موجود است) سیستم چهار عنصری در فضای سه بعدی a) بیان بر اساس واحد اتمی b) بیان بر اساس واحد اکی والان در سیستم سیالون .

هر ترکیب با دو متغیر بیان می شود : اکی والان اکسیژن واکی والان آلومینیم و اگر هر یک از این دو را بر حسب دیگری رسم کنیم ، مربعی بصورت زیر در .

هر یک از رئوس بیانگر یک مدل از هر یک از ترکیبات می باشد .

دیاگرام فازی Si – Al – O – N در دمای C 1400 (تصاویر در فایل اصلی موجود است) تمامی فازهای جامد و یا مخلوطی از فازها در سیستم سیالون در داخل این چهار ضلعی قرار می گیرند ، که دقیقا معادل شکل زیر می باشد .

با گذر از چپ به راست تدریجا با جایگزین می گردد .

بدیهی است اگر چه تعداد اکی والان ها مشابه و برابر است ، لیکن تعداد اتمها تغییر می کند .

]9[ فازهای موجود در سیستم ، SiN ، AlN ، ALON ، و X می باشند .

فازهایی که از نظر تکنولوژیکی بیشتر مورد توجه هستند عبارتند از و و .

این نوع دیاگرام ها در مقطعی از دما رسم می شوند .

دیاگرام این سیستم در دمای C 1400 وجود نداشته ، ناحیه فاز X کوچکتر بوده و تغییراتی در فازهای چند گونه ALN مشاهده می شود .

محدوده محلول – جامد ، تقریبا بدون تغییر می ماند.

]7[ در زیر به توضیح مختصر فازهای نیتریدی سیستم سیالون اشاره می کنیم .

1 – 2 – 1 - - سیالون فاز - محلول جامدی از در است که در آن با افزایش جانشینی و حلالیت در ، با فقط نسبت ساختار کریستالی شبکه - B تغییر نمی کند .

(حتی با جانشینی سیلیکون با آلومینیوم ) .

ساختار کریستالی آن هگزا گونال بوده ، با فرمول زیر معرفی می شود : در اینجا z بیانگر حلالیت در است .

مقدار z بسته به دما و فشار تغییر می کند .

بطوریکه در C 1700 مقدار z برابر 2/4 و در C 1400 مقدار آن 2 می باشد .

با افزایش فشار حد حلالیت کم می شود .

از آنجایی که طول اتصال Al – O(nm 17/0 ) نزدیک به طول اتصال Si – N (nm 170/0 ) می باشد ، وقتی جانشینی در امتداد نسبت ثابت اتفاق می‌افتد ، جانشینی وسیع و زیاد است ، و به علت اینکه طول اتصال Al – N (nm 187/0 ) با طول اتصال Si – O (nm 162/0 تفاوت فاحشی دارد .

از این رو جانشینی در راستای - ALN سخت بوده ، پهنای فاز - سیالون کم می شود .

ضمن آنکه جانشینی و محلول جامد تا آخر ادامه پیدا نمی کند.] 7[ در این محلول جامد ، اتصالات اتمی نسبت به بیشتر یونی می باشد .

و از این روست که - سیالون نسبت به استعداد بیشتری برای زینترینگ دارد .

در جانشینی های کم ، خواص آن بسیار شبیه- B می‌باشد .

اما برای مقادیر بالای z خواص - سیالون از - B به سمت خواص بین - میل می کند .

به دلیل تشابه به آرایش اتمی - سیالون با - B خواص فیزیکی آن شبیه ایم ماده است .

مثل استحکام بالا و ضریب انبساط کم (برای (با Z=3): قابل مقایسه با = در ) .

از لحاظ شیمیایی - سیالون (خصوصا در z = 3 ) تا حدی مشخصه های را دارد .

اما استحکام اتصال اتمی Al – o در - سیالون تقریبا 50% قوی تر از آلومیناست .

یک محلول جامد بوده و شبیه تمام محلول‌ها، فشار بخارش کمتر از فاز در خود ( ) می باشد (شکل 5 ) .

فشار بخار کمتر ، تبخیر و تجزیه را در دمای بالا کاهش می دهد .

به این لحاظ است که - سیالون نسبت به پایداری ترمونیا مبکی و مقاومت شیمیایی بیشتری دارد .

ارتباط بین - سیالون و را می توان به ارتباط برنج و مس تشبیه کرد .

مس خالص نرم وضعیف است ، اما تا 40 % اتم روی می تواند آن بدون تغییر ساختار مس حل شود .

نتیجه حصول ماده ای سخت تر و قوی تر است که در دمای پایین تر ذوب و راحت تر از مس شکل می گیرد .

در مقایسه با - ، سیالون در دمایی پایین تر با اکسیدهای افزودنی نظیر mgo و فاز مذاب بیشتری می دهد .

کنترل مقدار مذاب اجازه چگالش و زنترینگ بدون فشار را می دهد .

دمای چگالش پایین تر از رشد افراطی دانه ها جلوگیری کرده و به این دلیل دانه ها ریزتر بوده و استحکام ثابت باقی می ماند.

از لحاظ تکنولوژیکی ، مطرح ترین فاز ، فاز- سیالون است که اکنون بطور تجاری تولید می شود .

1 – 2 – 2 – سیلیکون اکسی نیتراید سیلیکون اکسی تیتراید اولین بار در سنگ های آسمانی که در پاکستان سقوط کرده بود دریافت شد .

این ترکیب را با فرمول می‌شناسند .

ساختار آن از جهتی با تشابه دارد .

به ایم معنی که ساختار آن از اتصال تترائدرهای در شبکه ای سه بعدی تشکیل یافته که در آن هر اتم اکسیژن به دو اتم Si متصل است (نظیر ) و اتمهای نیتروژن و Si ، کوئوردیناسیون سه و چهار دارند (نظیر ) ، ]1 و 4 و 5 [ .

این ماده می تواند از واکنش مخلوطی شامل Si و یا و در دمای بالا تشکیل شود .

سیلیکون اکسی تیتراید اولین بار در سنگ های آسمانی که در پاکستان سقوط کرده بود دریافت شد .

جدول 1 – 1 برخی از ویژگی های (1 و 20 ) ابعاد کریستالی ساختار اورتوربیک nm 485/0 = C nm 888/0 = b nm 55/0 = a دانسیته محصولات دیرگداز ضریب انبساط ( ) هدایت حرارتی ( ) 40 گرمای ویژه 22/0 سختی ( ) 1600 مدول یانگ () مدول شکست در RT (psi ) 7500 مدول شکست در F 2640 (Psi ) 5000 ماکزیمم دمای استفاده 2800 در اولین واکنش ، پودرهای را در اتمسفر نیتروژنی در دمای بعد از اکسیداسیون اولیه و ابتدایی Si حرارت می دهند .

در دومین واکنش ، اکسی نیتراید می تواند یا زینترینگ واکنشی مذابی که از افزودن پدید می آید .

(در سیستم ) ساخته شود .

فاز سیلیکون اکسی نیتراید ماده ای دیر گذر بوده و به عنوان عامل اتصال دهنده نسوزهای Sic کاربردی موفق داشته است ]20 و 1 [ .

این فاز با تشکیل لایه سیلیسی محافظ همگون (Coherent ) در دمای بالا مقاومت اکسیداسیون – خوردگی خوبی نشان می دهد ]4 و 1 [ .

از طرفی این ماده عایق خوبی هم محسوب می شود .

بطوریکه مقاومت آن در RT برابر cm 30 و در C1000 برابر می باشد .

(20) در محیط هایی که در تماس با کلرین ها و محلول های کلریدها هستند (نظیر و و ) پایداری عالی دارد .

در برابر حمله و نفوذ مذاب کریونیت و مذاب آلومینیوم مقاومت خوبی دارد .

در برابر مذاب اکثر نمک ها مقاوم بوده و به راحتی با بعضی از شیشه ها تر نمی شود .

این ماده را می توان بوسیله پرس یاریخته گری دو غابی به اشکال مختلف چون صفحه بلوک و لوله … فرم داد .

]20 [ ویژگی های دیگر این ماده در جدول 1 آمده است .

1 – 2 – 3 – سیالون تشکیل از مخلوطی از و کند و بطئی است و شرایط ویژه ای را برای زینترینگ مواد اکسی نیتریدی دنس می طلبد .

که عموما برای ساخت آن قطعات در دماهای بالا و زمان های طولانی تر ، HIP می شوند[ .

افزودن آلومینا در طی واکنش مذابی با ویسکوزیته مناسب پدید می‌آورد و چگالش را به شدت تشویق می کند ]4[ .

این ماده بعد از سرد شدن سیالون رسوب می دهد .

در این فاز با فرمول پایه ، جزئی از Si و N می تواند با Al و O جانشین شده ، محلول جامدی را پدید آورد ]9 و 4[.

محدوده این محلول جامد با حلالیت در ، بدون تغییر ساختار و با فقط نسبت = فلز تا حدود 10 درصد مولی امتداد می یابد .

]1 و 5[ .

فرمول عمومی سیالون را به صورت می‌نویسند البته حد حلالیت در منابع مختلف متفاوت است.

با تعبیه عمومی در سیستم با استفاده از لیتیم ، می توان الکترولیتهای جامدی نظیر آلومینا به منظور مقاصد الکتریکی تهیه کرد .

]5[ .

افزودنی های دیگری چون ، دمای سالیدوس ترکیب را کمتر کرده و با افزایش حجم مایع ، اجازه چگالش بدون اعمال فشار را نظیر پروسه ساخت سیالون می دهد .

این محصول ضریب انبساط پایینی دارد و مقاومت به شوک حرارتی خوبی دارد .

مقاومت اکسیداسیون آن تا دمای C 1350 خوب بوده ، می تواند نظیر در کاربردهای مهندسی مفید واقع شود .

استفاده از سیالون ها بصورت کمپوزیت با ، سرامیک هایی می دهد که علاوه بر دنس بودن ، استحکام ، سرامیک هایی می دهد که علاوه بر دنس بودن ، استحکام و مقاومت به اکسیداسیون سیالون را تواما دارد ] 5[ .

1 – 2 – 3 – 1 پلی مورف دما پایین جدید –o سیالون یک فاز جدید در سیستم Si – Al – O- N (2) به دنبال سنتز بر مبنای نیتریداسیون شبکه های سیلیکون رس در دماهای پایین (1350 لازم به ذکر است که سطح ناخالصی در مواد موجود بطور قابل توجهی پایین تر از آنهایی است که برای پایداری سیالون به کار رفت .

ساختار فاز جدید ]3[ با استفاده از ترکیب دیفرکسیون .

بصورت ورقه مانند مثل –o سیالون () یافت شده است که البته آرایش دسته‌ای متفاوتی دارد .

ترکیب فاز جدید در انتقال از – O سیالون در C 1350 بدون تغییر وزن قابل توجهی مشاهده شده ، همینطور با ظاهر شدن فازهایی ثانویه بطور واضح و این امر نشان می دهد که شرایط سنتز دما پایین ، توانایی سنتز پلی مورف دما پایین جدید –o سیالون را دارد .

در شکل زیر طرح هر دو ساختار نشان داده شده است .

شکل 1 – 4 نمایش چهار وجهی های (a ) تک ورقه ای –o سیالون (b ) طرح –o سیالون روی صفحه (001) و (c ) طرح معادل ترکیب جدید – هر اتم سیلیکون بصورت چهارجهی مجاور یک اتم اکسیژن (در 5/0 – 0 = x ) و سه اتم نیتروژن است .

معمولا شامل لایه های چهار وجهی موازی با (100) است که از گوشه به نوک اتمهای N آنها اتصال داده شده است (شکل a4) چهار وجهی که نزدیک جهت b است ، اتمهای اکسیژنی در رئوس خود دارد که متناوباً رو به بالا و پایین است .

چهار وجهی در همان جهت یعنی رو به بالا و یا پایین ، تشکیل زنجیره های زیگ زاگی می دهد که موازی محور c است .

هر زنجیره رو به بالا به یک لایه زنجیره ای رو به پایین در بالای لایه برخورد می کند تا آرایش سه بعدی را کامل کند (شکل b 4 ) ، این امر منجر به دو فاصله مختلف بین اکسیژن های رأس در لایه واحد می شود .

طرح شکل b4 چهار وجهی را نشان می دهد که بطور واضح کج شده است ، که بنا به آن ، رئوس کاملاً در امتداد محور a نیستند و در نتیجه زاویه Si-O-Si ، C180 نمی تواند باشد .

ساختار جدید (شکل C4) شامل لایه های مشابهی از چهار وجهی هست، اما کجی آن بیشتر است و در اطراف محور مرکزی حالتی زیگ زاگ دیده می شود .

این امر در حقیقت این امکان را می دهد که چهار وجهی در ساختاری جدید دسته بندی شود تا بنا به آن هر زنجیره در یک لایه دو زنجیره در لایه مجاور پل زده شود که این ساختار جدید دانسیته بالاتری دارد .

( 9/2) و در نتیجه پلی حرفهای دما پایین ساختار دنس تری دارند .

شکل 1 – 5 طیف NMR در AL,Si در –oسیالون و فاز جدید 1 o – سیالون مورفولوژی فازهای دیگر سیستم Si-Al-O-N و نیز فواید زیادی دارند که برای مثال ، هر پلی مورف شامل یک سری خواص فیزیکی است که کاربردهای مختلفی ایجاد می کنند .

1 – 2 – 3 – 2 تحول فازی 1 – O سیالون به – O سیالون 1-o سیالون یک پلی مورف دما پایین –o سیالون ( که 2 – 0=x) است که ساختار لایه ای شبیه –oسیالون شامل ورقه های درهم حلقه های که توسط اتصالات Si-O-Si جدا شده ، یا جانشینی O,Al در مکان های N,Si (وقتی X>0 ) می باشد .

در 1-o سیالون اعوجاج ورقه های و انباشتگی ورقه های مجاور و اتصالات Si-O-Si امکان تراکم بیشتری را می دهد و ساختاری بادانسیته بالاتر (دانسیته –o سیالون = 90/2-80/2) احتمال تهیه فاز خالص 1-o سیالون نیست و در ساختار1- O سیالون ، تعداد زیادی عیوب سطحی و حوزه هایی از ساختار – O سیالون یافت می شود .

-o1 سیالون می تواند در دماهای پایین سنتز بدست آید (کمتر از ) ، امّا در دمای بالاتر ازC13 به – O سیالون تبدیل می شود و این در حالی است که در روش معمولی،چگال کردن –o سیالون نیاز به دمایی بالاتر از دارد ، که تراکم 1-o سیالون و خواص آن را دچار مشکل می کند.زنترینگ پلاسمای‌ جرقه ای (SPS ) (که در بخش بعدی این مجموعه شرح آن آمده است) امکان زینترینگ 1-o سیالون را تا دانسیته کامل می دهد .

برای ایجاد فرصتی برای تبدیل 1-o سیالون و کاهش تحول 1-o سیالون به – O سیالون چند راه حل وجود دارد که در زیر آمده است .

- گرمایش سریع تا تراکم کامل - مدت زمان نگهداری بیشتر در دماهای زینترینگ پایین افزایش فشار اعمالی - چگال کردن جزئی نمونه در 1300 و بعد از آن زنترینگ کامل با سرعت گرمایش - گرمایش سریع نمونه تا C 1525 و سرمایش تا C1350 جهت تشکیل فاز مذاب ، تا در دمای پایین تر به عنوان کمک زینتر عمل کند .

- به کاربردن کمک زینتر ( ) جزئیات پخت های انتخابی و دانسیته های نهایی و شرایط تولید در جدول آمده است .

جدول 1 – 2 ترکیبات فازی و شیمیایی پودرهای سیالون .

همانطور که در جدول 3 دیده می شود ، در حین زینتر نمونه ها در ، 1-o سیالون هنوز پایدار می باشد ، اما بالاترین دانسیته بدست آمده ( ) تنها 88% دانسیته تئوری بود .

نتایج حاصل از پخت در جدول 3 نشان داده شده است .

جدول 1 – 3 : ترکیبات شرایط پخت و خواص 1-o سیالون و –o سیالون زینتر شده با SPS طبق آزمایشات انجام شده در بدنه های –o سیالونی تهیه شده از پودرهای 1 –o سیالونی دانه هایی سوزنی دیده می شود ، در حالیکه آنهایی که از پودرهای –o سیالونی تهیه شدند ، مورفولوژی ورقه ای دارند .

در کل هیچ اختلاف مشخصی در خواص بنده های تشکیل شده –o سیالونی و 1-o سیالونی دیده نشده است ، ولی اختلافات ممکن است با افزایش اندازه دانه پدید آید .

1 – 2 – 4 - -x سیالون تا به حال سه فرمول متفاوت برای –X سیالون که در برخی منابع از آن تحت عنوان مولایت نیتروژنی ]1[ و در برخی دیگر تحت عنوان Sialion – ]7[ نام برده می شود ، پیشنهاد شده است اولین فرمول پیشنهادی که در حال حاضر بیشترین مقبولیت را دارد می باشد .

(با 60% اکی والان Al ) .

فرمول دوم با 9/52% اکی والان Al می باشد و فرمول سوّم با 9/52% اکی والان Al .

]3[.

علت اطلاق نام X به این فاز عدم توانایی شاخص بندی آن با استفاده از پراش اشعه x .

ساختار کریستالی واقعی فاز x ، همانند ترکیب واقعی اش چندان واضح و مشخص نیست .

با این حال ساختارهای پیشنهادی این فاز در جدول (2) ذکر شده است .

جدول 1 – 4 : ساختارهای پیشنهادی فاز –x سیالون موجود در منابع مختلف Jack عنوان می کند که فاز X در دمای بالا در نزدیکی فاز مذاب یافت می شود و در دما هایی بالاتر از به خاطر پیشروی و توسعه فاز مذاب در محدوده آن ، از بین رفته و ناپدید می شود .]24[ فاز –x سیالون می تواند با احیاء با احیاء کربوترمال و نیتریداسیون کائولینیت و یا کائولینیت همراه آلومینا (کمتر از 5 % وزنی ) سنتز شود .

بطور کلی در مسیر سنتز فاز سیالون از رسها ، فاز –x سیالون یکی از فازهای جانبی مسیر است که عمدتا به دلیل عدم تکامل عمل نیتریداسیون پدید می آید .

این عدم تکامل یا ناشی از کمی زمان واکنش و نیز دمای واکنش است و یا کمی مقدار کربن مورد نیاز برای عمل احیا .

روش های سنتز –x سیالون از کائولینیت را با در نظر گرفتن فرمول های مختلف آن می توان به صورت زیر نوشت ]7[.

به این ترتیب می توان دریافت که مقادیر استوکیومتری کربن مورد نیاز برای تشکیل فاز Xو در C1500 برابر است با 8/5% ، 4/4% ، 4/4% از نظر تکنولوژیکی فاز –x سیالون ، هیچ جذابیتی نداشته ، وجود آن باعث خدشه دار شدن برخی از خواص بدنه‌ها می شود .

به این علت باید تا حد امکان در طی زینترینگ سیالون از این فاز اجتناب نمود .

1-2—5- فاز نبترید الو مینیم این فاز در خواص دما پایین بی تاثیر است .

لیکن مقاومت خزش را در بالای کاهش می دهد .

علاوه بر آن باعث تخریب خواص مکانیکی –B سیالون می شود .

ویژگی دیگر این فاز این است که به راحتی اکسید شده و تغییر حجم زیادی می دهد .

] 1[ یکی از فازهای اصلی سیستم سیالون فاز ALN است .

ساختار این ماده به شکل هگزاگونال و تشبیه و رتزیت می باشد .

] 9 [ .

دمای تجزیه آن بوده ، از لحاظ ترمودینامیکی پایدارتر از می‌باشد .

]1[ .

نمونه های بالک ALN بدون کمک زینتر در دماهای بالاتر از و با استفاده از افزودنی های کم اکسید فلزی (مثل Mgo ، Cao ، و ) در دماهای پایین تر زینتر می شوند .

(2) وجود اکسیژن در ALN (که در پودرهای تجاری تا حدود 20% است ) ، برخی خواص آن را تحت تاثیر قرار می دهد .

(1) .

آلومینای موجود در سطح ذرات ALN عامل تشویق کننده زنترینگ ALN است .

این لایه بدون اینکه باعث سد حرارتی شود ، با افزودنی های اکسیدی واکنش کرده ، عامل برقراری اتصال بین ذرات می شود .

]2 ، 7 [ .

محصول واکنش در مرز سه گانه دانه ها به عنوان جزء سوّم باقی می ماند.

]2[.

برای تهیه یک ماده با هدایت حرارتی بالا بایستی اکسیژن ماده زدوده شود.

خصوصاً اکسیژن شبکه ای .

این امر با عملیات موضعی در دماهای ما یا با استفاده از افزودنی های احیاء کننده که باعث خروج اکسیژن از شبکه می شود و یا با انتخاب مناسب فاز مذاب به عنوان محلی برای تخلیه اکسیژن امکان پذیر است .

]1 ، 2 [ .

خواص عمده این ماده عبارت است از : هدایت حرارتی بالا ، مقاومت الکتریکی بالا ، انبساط حرارتی نزدیک به چسبهای سیلیکونی و گالیم آرسینیکی ، ثابت دی الکتریک پایین ، اتلاف کم دی الکتریکی ، استحکام مکانیکی بالا ، سهولت برش و پویش کردن .

پایداری بالا و غیر رسمی بودن و قیمت ارزان ]1 و 7 [ .

این ویژگی ها باعث شده که در برخی کاربردهای الکتریکی ALN نسبت به Sic,Beo برتری یابد ]1[ .

به عنوان سنتیک حرارتی و پایه برای مدارات مجتمع (hpdic ) به خاطر هدایت حرارتی بالا ]1 ، 7 [ و به خاطر مقاومت خوب شیمیایی در برخی کاربردهای خاص به عنوان مدل های حرارتی ]7[ .

به علت سهولت هیدرولیز و اکسیداسیون ALN ، علیرغم پایداری ترمودینامیکی بالای آن ، کاربردهایش محدود است ]1 ، 2 [.

مکانیزم های هیدرولیز و اکسیداسیون به صورت زیر است .

(a ) هیدرولیز دما پایین (b ) هیدرولیز دما بالا (c) اکسیداسیون دما بالا به خاطر اکسیداسیون جزئی و تشکیل لایه ای محافظ ، بعد از مدتی عمل هیدرولیز متوقف می شود .

]2[ .

1 – 2 – 5 – 1 – چند گونه های نیتریدآلومینیومی در این سیستم در نزدیکی گوشه ALN ، پنج نوع فاز چند گونه سیالونی وجود دارد .

این فازها ساختاری شبیه به هم داشته و مبنای آن شبیه ساختار ورتزیت گونه فاز مادرشان ALN می باشد .

ساختار و رتزیت از اتصال گوشه های تترائدرها ساخته شده ، در صورتی که فازهای چند گونه در یک فازها نسبت فلز به غیر فلز ثابت بوده ، بصورت نشان داده می شود .

این فازها را با علائم و سمبولهای Ramsdell بیان می کنند : ]9[ در این علائم ، H به معنی واحد ساختاری هگزاگونال و R رومبوهدرال است .

در این فازها محلول جامد جهت نسبت های ثابت M/X امتداد یافته ، تغییر می کند .

]7[ جدول 1 – 5 چند گونه های نیترید آلومینیوم در سیستم Si-Al-O-N (7) این چند گونه ها برای کاربردهای صنعتی و معمولی زیاد مورد بررسی قرار نرگفته اند .

اما در سنتزسیایون به علت حسّاسیت کمتر آن به رطوبت نسبت به ALN ، می توانند به جای ALN استفاده شوند .

در تهیه ابزار آلات سیالونی ، برای جلوگیری از تبخیر در طی زنترینگ هم به کار می روند .

بایستی ذکر شود که چند گونه های سیلیکون اکسی نیتریدی فقط در سیستم سیالونی وجود ندارد ، بلکه در سیستم های مختلفی هم دیده شده اند .

مثل Be-Si-O-N ، Si-O-N – Mg و … ]7[ 1 – 2 – 6 - سیالون ساختار سیالون بر مبنای واحد شبکه (شبیه ) می باشد.

]1 و 4 [ .

در این شبکه دو مکان بین نشینی در هر واحد شبکه وجود دارد که می توانند کایتون هایی را جهت تنظیم ظرفیت در شبکه (N,O ) (Si,Al ) به خدمت گیرد .

به عبارتی این فاز در سیستم Me-Si –Al – O – N متبلور می شود که در آن ME شامل عناصری چون y , Co, Li, Mg و کلیه عناصر خاکی کمیاب به استثنای Eu,Pr,Se,La می باشد ]5 ، 4[ .

واحد شبکه سیالون را می توان با فرمول عمومی بیان کرد که در آن یک یون فلزی با ظرفیت +P است .

اگر تمام مکان های بین نشین اشغال شوند باید m = 2 باشد .

اما مقادیر گزارش شده همیشه کمتر بوده و برای استریم ، حداکثر به یک و برای کلسیم حداکثر به 6/1 می رسد .

به عبارت دیگر می توان فرمول را به صورت نوشت آنچه از مطالب بالا استفاده می شود ، این است که ساختار در مقایسه بین سیالون و برای تثبیت نیاز به یک کاتیون سوّم دارد.

سیالون باید گفت که در دمای کامپوزیت های تقریبا دو برابر سخت تر از سیالون خالص است .

به این علت در ورقه های تراش این نوع کمپوزیت نسبت به سیالون ارجحیت دارد.

شکل 1 – 6 فشار بخار محلول و حلال علت سختی بیشتر سرامیک های سیالونی را می توان با توجه به ساختار آنها توجیه نمود .

می دانیم که سختی با بردار برگر و سهولت حرکت نابجایی ها در شبکه متناسب است .

هر چه بردار برگر بزرگتر باشد سختی بیشتر و تافنس کمتر است .

از طرفی چون بردار برگر خود ضریبی است از ثوابت شبکه ، هر چه ثابت شبکه بزرگتر باشد (در دو ماده با ترکیب پایه مشابه ) ، بردار برگر بزرگتر می شود .

با مقایسه ثوابت شبکه در دو ماده سیالون و سیالون واضح است که به دلیل بزرگتر بودن ثابت شبکه در ، حرکت نابجایی ها نسبت به مشکل تر می شود .

از این روست که سختی آن بیشتر و تافس آن کمتر از می باشد ]7[ .

دلیل دیگر افزایش سختی ، مقدار کمتر فاز بین دانه ای در ترکیب مرکب - سیالون است .

به دلیل آن که فاز می تواند کایتون های فلزی آمده از جانب کمک زینتریها را در شبکه خود جای دهد .

(حلالیت فلزات ) ، و فاز بین دانه ای کمتر می گردد ]4[ ، با این تفسیر برخی از خواص سرامیک های - سیالونی نیز توجیه پذیر می شوند .

از آن جمله اینکه ـ به دلیل تغییر مقدار با دما ، مقدار سختی نیز با دما کاهش می یابد.]7[ ـ با افزایش عدد اتمی عناصر نادر خاکی ، فاز افزایش می یابد ]7[ ـ با افزایش شعاع کایتون .

عناصر به دلیل جاگزینی مشکل تر ماده در شبکه و در نتیجه عدم تثبیت فاز ، مقدار آن کاهش می یابد و به تبع آن سختی کاهش و تا فنس شکست افزایش می یابد .

ـ به علت حلالیت فلزات در مکان های جانشینی و دانسیته بالاتر ، سختی دانه های - سیالونی باید بالاتر از باشد .

]7[ فاز در اتمسفر های خنثی ، نیتریدی و کربوری تا C 1750 پایدار است .

تا C1350 مقاومت به اکسیداسیون خوبی داشته و ضریب انبساطی برابر دارد .

(در C 1250 تقریبا برابر است با ) نظیر سیالون هم برای آن کاربردهای صنعتی خوبی یافت شده است .

1 – 2-6-1- حلالیت و تغییر خواص با افزایش حلالیت در شبکه خصایص این ماده تغییر می کند : 1 – فواصل شبکه ای : فواصل شبکه با تغییر حلالیت تغییر می کند ، بطوریکه با افزایش z ، ثوابت شبکه به طور خطی افزایش می یابد .

(7 و 1 ) 027/0+ 599/7 = a 024/0 + 904/2 = C 2 – دانسیته : چنانچه واحد سلول شبکه ای (C,a ) یک رفتار خطی با Z داشته باشند ، Pcal هم تابعی خطی z می شوند .

مقدار Pcal با فرمول زیر داده شده است .

NA : عدد آووگادرو : وزن مولکولی : جمع جبری اوزان اتمی Si,Al,O,N (یعنی (A(Al)+A(o)-A(Si)-A(N) .

وقتی که باشد.

آن گاه می باشد و Pcal تابعی خطی از z است .

به هر حال باید متمرکز شد که خطی بودن ناشی از جمع جبری اوزان اتمی N,O,Si,Al می باشد ]7[.

با افزایش z ، دانسیته کاهش می یابد .

(شکل 7 ) شکل 1-7 دانسیته محاسبه‌ای ( تابعی از ترکیب 3 – با افزایش z بدلیل یونی شدن بیشتر پیوند ، قابلیت زینترینگ زیاد می شود .

4 – با افزایش مقدار z سختی باید زیاد شود.

]28[ (بدلیل بزرگتر شدن فواصل کریستالی و مشکل تر شدن حرکت نایجایی ها ) .

اما باید مسأله قدرت پیوند و تبدیل از کووالانت به سمت یونی را هم مورد لحاظ قرار دارد.

5 – با افزایش Z ، حلالیت در آهن که عامل محدود کننده ابزار آلات در برش آلیاژهای آهنی می باشد ، کاهش می یابد .

از این رو مقادیر 7 بالاتر در سیالون در ابزار آلات برشی کارایی بیشتری دارد ]5[.

6 – با افزایش Z مقاومت اکسیداسیون افزایش می یابد .

بطوریکه کمترین مقاومت در برابر اکسیداسیون در z = 0 گزارش شده است .

]5 [ 2 – سنتز سیالون بطور کلی دو روش برای سنتز سیالون وجود دارد که اختلاف آنها در مواد اولیه مصرفی می باشد.

در زیر اختصار این دو روش شرح شده است .

ـ سنتز از مواد غیر طبیعی در این روش مخلوطی از دو یا چند پودر AlON,Al و و مولایت به اشکال مورد نظر فرم داده شده و پخت می گردد .

عملیات پخت یا همراه با فشار (HIP و یا HP ) یا در اتمسفر کنترل شده و یا در بستری از پودرهای نیتریدی هم ممکن است استفاده شود .

افزودنی هایی چون و غیره .

طریق دیگر سنتز از مواد غیر طبیعی ، سنتز از مواد غیر طبیعی ، سنتز از پلیمرهای حاوی اجزاء Al,Si,O,N (مثل سنتز از آمینوسیلان‌ها و پلی آلومینو گزان و …‌) است .

در این روش ها در اثر تجزیه پلیمر در اتمسفری غیر اکسیدی سیالون تهیه می شود .

از ویژگی های این روش دمای پایین تر واکنش و هزینه بالای مواد اولیه می باشد ، به طور کلی در روش سنتز سیالون از مواد غیر طبیعی ، به دلیل کنترل بیشتر بر روی افزودنی ها و ناخالصی ها ، خواص ترمو – دینامیکی قطعات تهیه شده بهتر از سایر روشهاست .