High temperature thermal stability of multi-cation doped $alpha$-sialon ceramics containing ytterbium

Abstract

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

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