High Temperature Thermal Stability of Multi-Cation Doped α-Siaion Ceramics Containing Ytterbium

Abstract

Recently, it has been found that the phase composition and microstructure of α-β sialon ceramics is greatly affected by heat treatment procedures when rare earth oxides are used as sintering additives. The α-sialon phase is only stable at high (≥ 1650°C) temperatures and transforms to rare earth rich intergranular phases plus β-sialon at lower temperatures. The present paper describes similar studies carried out on multi-cation doped α-sialon ceramics where ytterbium as the sole sintering additive and present with other (Sr-, La-, Ce-, Nd-) cations, the resulting α-sialon products are fully resistant towards α↔β transformation when heat treated at 1450°C. Clearly the α↔β sialon transformation temperature for ytterbium α-sialons is below 1450°C, the conventional heat-treatment temperature used for most of the current research on rare earth densified α-sialons.

Nadir element oksit katkılı α-β sialon seramiklerinde oluşan faz komposizyonlarının ve mikroyapılarının sinterleme sonrası yapılan ısıl işlemlerden önemli ölçüde etkilendiği yakın zamanda yapılan çalışmalarda bulunmuştur. Bu çalışmalarda α-sialon fazının sadece 1650°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda kararlı olduğu, daha düşük sıcaklıklarda ise β -sialon ve nadir element içeren tane sınırları fazlarına dönüştüğü gözlemlenmiştir. Bu çalışmada yiterbiyum temel katyon olmak üzere çok katyon içeren (Sr-, La-, Ce-, Nd-) α-sialon seramikleri üzerine sinterleme sonrası yapılan ısıl işlem sonuçları tartışılmıştır. 1450°C’de yapılan ısıl işlem sonuçları Yb- katyonlarını içeren αsialon seramiklerinin α↔β sialon dönüşümüne uğramadığını ve bu katyonları içeren sistemlerde α↔β sialon dönüşüm sıcaklığının 1450°C’nin çok altında olabileceğini göstermiştir.