Preparation and properties of SiAlON ceramics by gel casting and pressureless sintering

Preparación y propiedades de cerámicas SiAlON mediante fundición en gel y sinterización sin presión

En este estudio se empleó un sistema de gel de baja toxicidad N, N-dimetilacrilamida/N, N-metileno acrilamida (DMAA /MBAM) para obtener cerámicas SiAlON de forma casi neta a partir de lodos acuosos con una carga sólida de 40 % en peso de mezclas de polvo de Si3N4, Al2O3, Y2O3, AlN y Ce2O3. Los cuerpos verdes se sinterizaron mediante sinterización sin presión de uno y tres pasos. Los resultados mostraron que los cuerpos verdes tenían una microestructura homogénea con una alta densidad de 1,9 g/cm3 y una alta resistencia a la flexión de 28,6 Mpa. El α-SiAlON equiaxado se preparó mediante sinterización sin presión en un paso, mientras que el β-Si4Al2O2N6 con morfología alargada se fabricó mediante sinterización sin presión en tres pasos. Por lo tanto, una etapa de preservación del calor a baja temperatura reduce la tasa de nucleación, lo que es favorable para el desarrollo de granos de β-SiAlON alargados.

INTRODUCCIÓN

La cerámica SiAlON es una serie de soluciones sólidas con una excelente resistencia a la oxidación, resistencia a altas temperaturas y estabilidad térmica. Se utiliza ampliamente en la metalurgia de alta temperatura, la ciencia de los materiales, la industria aeroespacial, la industria militar y otros campos [1,2]. Los cuerpos verdes de las cerámicas SiAlON suelen fabricarse empleando una técnica convencional de prensado en seco. A continuación, se someten a prensado en caliente, prensado isostático en caliente, sinterización por plasma de descarga y sinterización por presión de gas para formar un cuerpo denso y sinterizado. Sin embargo, las cerámicas SiAlON suelen tener una dureza y fragilidad notables. Estas propiedades dificultan que las máquinas den a las cerámicas de SiAlON formas complejas del tamaño deseado, lo que limita su desarrollo ulterior.

Los métodos de fundición en gel fueron divulgados por el Laboratorio Nacional Oak Ridge estadounidense a principios de la década de 1990. La fundición en gel es un proceso de moldeo coloidal que utiliza un monómero orgánico y una solución (acuosa o no acuosa) para preparar una suspensión estable de polvos cerámicos. Mediante moldeo por inyección, se forma una estructura de red tridimensional por polimerización reticulada entre sustancias orgánicas para formar un moldeo curado en gel. Este método elimina eficazmente las limitaciones de la técnica de prensado de polvo seco, como la estructura desigual, las bajas propiedades mecánicas y el alto coste de producción, y se ha aplicado ampliamente en la preparación de cuerpos verdes de diversas cerámicas con alta resistencia y tamaño preciso [3,4]. La técnica de colada en gel utilizando acrilamida (AM) como monómero orgánico es fiable y ha demostrado ser adecuada para la preparación de diversas cerámicas.