ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ THIÊU KẾT ĐẾN CẤU TRÚC VI MÔ VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM SiAlON-PHA TẠP Y2O3

Trần Văn Cương; Ninh Đức Hà; Đặng Quốc Khánh

doi:10.34238/tnu-jst.12578

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ THIÊU KẾT ĐẾN CẤU TRÚC VI MÔ VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM SiAlON-PHA TẠP Y2O3

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 15/04/25 Ngày hoàn thiện: 31/05/25 Ngày đăng: 31/05/25

Các tác giả

1. Trần Văn Cương , Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và công nghệ Quân sự
2. Ninh Đức Hà, Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và công nghệ Quân sự
3. Đặng Quốc Khánh, Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tóm tắt

Gốm SiAlON chất lượng cao rất quan trọng đối với các ứng dụng kỹ thuật tiên tiến nhờ các tính chất cơ học, nhiệt và hóa học đặc biệt của chúng. Ngoài ra, các thành phần SiAlON đã biến tính cho phép ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như điện tử và công nghệ cảm biến. Ở đây, gốm SiAlON pha tạp Y₂O₃ được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn thông thường. Bài báo đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết đến các tính chất vật lý của gốm SiAlON pha tạp Y₂O₃ bằng phương pháp XRD, SEM và phép đo hệ số K_1C. Nghiên cứu này chỉ ra rằng khi nhiệt độ thiêu kết tăng từ 1450 ^oC đến 1650 ^oC, mật độ vật liệu tăng từ 2,21 ± 0,1 g/cm³ đến 2,66 ± 0,1 g/cm³ và độ xốp giảm từ 11,07 ± 0,20 % xuống 7,95 ± 0,20 %. Ngoài ra, khả năng hấp thụ nước giảm từ 4,99 ± 0,20 % xuống 2,99 ± 0,20 % khi nhiệt độ thiêu kết tăng từ 1450 ^oC đến 1650 ^oC. Kết quả của nghiên cứu chứng minh sự tổng hợp thành công gốm SiAlON chất lượng cao cho các ứng dụng tiên tiến.

Từ khóa

Pha tạp Y2O3; Gốm SiAlON; Gốm Si3N4; Vi cấu trúc; Nhiệt độ thiêu kết

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] Y. K. Kshetri et al., “Electronic structure, thermodynamic stability and high-temperature sensing properties of Er-α-SiAlON ceramics,” Sci. Rep., vol. 10, no. 1, pp. 1–13, 2020, doi: 10.1038/s41598-020-61105-z.

[2] K. A. Kim, A. S. Lysenkov, M. G. Frolova, and Y. F. Kargin, “Effect of calcium aluminates content on the formation of Сa-α-SiAlON ceramics obtained by hot-pressing,” Ceram. Int., vol. 50, pp. 47886–47891, August 2024, doi: 10.1016/j.ceramint.2024.09.134.

[3] A. A. M. El-Amir, A. A. El-Maddah, E. M. M. Ewais, S. M. El-Sheikh, I. M. I. Bayoumi, and Y. M. Z. Ahmed, “Sialon from synthesis to applications: an overview,” J. Asian Ceram. Soc., vol. 9, no. 4, pp. 1390–1418, 2021, doi: 10.1080/21870764.2021.1987613.

[4] J. Zhou et al., “The effects of in-situ SiAlON on the properties and fracture behavior of alumina-based castables: Based on microcrack toughening mechanism,” Ceram. Int., vol. 51, no. 4, pp. 4549–4559, 2024, doi: 10.1016/j.ceramint.2024.11.429.

[5] M. Estili, R.-J. Xie, K. Takahashi, S. Funahashi, T. S. Suzuki, and N. Hirosaki, “ Robust and orange-yellow-emitting Sr-rich polytypoid α-SiAlON (Sr₃Si₂₄Al₆N₄₀:Eu²⁺) phosphor for white LEDs,” Sci. Technol. Adv. Mater., vol. 25, no. 1, 2024, doi: 10.1080/14686996.2024.2396276.

[6] Y. Zhang et al., “The synthesis of single-phase β-SiAlON porous ceramics using self-propagating high-temperature processing,” Ceram. Int., vol. 48, no. 3, pp. 4371–4375, 2022, doi: 10.1016/j.ceramint.2021.10.188.

[7] T. Suehiro, N. Hirosaki, R.-J. Xie, and M. Mitomo, “Powder synthesis of Ca-α ‘-SiAlON as a host material for phosphors,” Chem. Mater., vol. 17, no. 2, pp. 308–314, 2005.

[8] M. Z. Falak, B. A. Ahmed, H. A. Saeed, S. U. Butt, A. S. Hakeem, and U. A. Akbar, “Spark plasma sintering of SiAlON ceramics synthesized via various cations charge stabilizers and their effect on thermal and mechanical characteristics,” Crystals, vol. 11, no. 11, 2021, doi: 10.3390/cryst11111378.

[9] M. S. Kim et al., “Microstructure and mechanical properties of β-SiAlON ceramics fabricated using self-propagating high-temperature synthesized β-SiAlON powder,” J. Korean Ceram. Soc., vol. 54, no. 4, pp. 292–297, 2017, doi: 10.4191/kcers.2017.54.4.06.

[10] M. Shahien, M. Radwan, S. Kirihara, Y. Miyamoto, and T. Sakurai, “Synthesis of Monolithic β-SiAlON Powders (Si_6-zAl_zO_zN_8-z, z = 2-4) through Controlling the Combustion Reaction Temperature,” in IOP Conference Series. Materials Science and Engineering (Online), vol. 18, 2011, doi: 10.1088/1757-899X/18/7/072003.

[11] K. Yoshimura et al., “Optical properties of solid-state laser lighting devices using SiAlON phosphor–glass composite films as wavelength converters,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 55, no. 4, 2016, Art. no. 42102.

[12] H.-L. Li, R.-J. Xie, N. Hirosaki, T. Suehiro, and Y. Yajima, “Phase Purity and Luminescence Properties of Fine Ca-α-SiAlON:Eu Phosphors Synthesized by Gas Reduction Nitridation Method,” J. Electrochem. Soc., vol. 155, no. 6, 2008, doi: 10.1149/1.2904455.

[13] S. Zhang et al., “Thermal conductivity of Ca α‐SiAlON ceramics with varying m and n values,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 106, no. 10, pp. 5642–5647, 2023.

[14] B. Chaudhary et al., “Up- and down-conversion photoluminescence in Nd-doped SiAlON ceramics,” Ceram. Int., August 2025, doi: 10.1016/j.ceramint.2025.01.349.

[15] Q. Liu, Z. Yin, F. Guo, and J. Yuan, “Effects of binary sintering additives (SmF₃-Sm₂O₃) and sintering temperature on β-SiAlON ceramic tool materials,” Ceram. Int., vol. 50, no. 23PB, pp. 51456–51464, 2024, doi: 10.1016/j.ceramint.2024.10.062.

[16] X. Tian, D. Ouyang, K. Su, F. Zhao, J. Gao, and X. Liu, “Fabrication and oxidation behavior of β-SiAlON powders in presence of trace Y₂O₃,” Ceram. Int., vol. 48, no. 21, pp. 32464–32469, 2022, doi: 10.1016/j.ceramint.2022.07.192.

[17] D. Bruce et al., “A critical assessment of the Archimedes density method for thin-wall specimens in laser powder bed fusion: Measurement capability, process sensitivity and property correlation,” J. Manuf. Process., vol. 79, pp. 185–192, 2022, doi: 10.1016/j.jmapro.2022.04.059.

[18] G. D. Quinn, “Fracture Toughness of Ceramics by the Vickers Indentation Crack Length Method: A Critical Review,” Ceramic Engineering and Science Proceedings, vol. 27, pp. 45–62, 2008, doi: 10.1002/9780470291313.ch5.

[19] K. Wu, L. Wu, Z. Huang, Y. Jiang, and Y. Ma, “Phase Relations in Si-Al-Y-O-C Systems,” J. Mater. Sci. Chem. Eng., vol. 03, no. 07, pp. 90–96, 2015, doi: 10.4236/msce.2015.37011.

[20] Y. Zhang and A. Navrotsky, “Thermochemistry of Glasses in the Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ System.,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 86, no. 10, pp. 1727 - 1732, 2003, doi: 10.1111/j.1151-2916.2003.tb03547.x.

[21] D. Liu, Z. Yin, F. Guo, D. Hong, and J. Yuan, “Densification, microstructure and properties of α/β-SiAlON ceramic reinforced by SiC whiskers,” Ceram. Int., vol. 50, no. 21PB, pp. 42755–42765, 2024, doi: 10.1016/j.ceramint.2024.08.121.

[22] X. Li et al., “Preparing β-SiAlON ceramic foam filters with high oxidation resistance,” Ceram. Int., vol. 49, no. 22, pp. 34510–34519, 2023, doi: 10.1016/j.ceramint.2023.08.075.

[23] Z. Tu, X. Lao, X. Xu, W. Jiang, J. Liu, and J. Liang, “Effect of Si/Al ratio on in-situ synthesis of Al₂O₃–β-SiAlON composite ceramics for solar thermal storage by aluminothermic and silicothermic nitridation,” Ceram. Int., vol. 49, no. 14, pp. 22970–22978, 2023, doi: 10.1016/j.ceramint.2023.04.122.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.12578

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ