بررسی عوامل موثر بر ساخت و خواص بدنه های شیشه اکسی نیتریدی سنتز شده به روش سل-ژل

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 9، دوره 28، شماره 1 - شماره پیاپی 15، اسفند 1395، صفحه 109-118   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ma.v28i1.34441

نویسندگان

سارا احمدی^{* 1}؛ بیژن افتخاری یکتا²؛ حسین سرپولکی²؛ علیرضا آقایی³

¹دانشگاه علم و صنعت ایران

²دانشگاه علم و صنعت

³پژوهشگاه مواد و انرژی

چکیده

قطعات شیشه اکسی نیتریدی با ترکیب شیمیایی مختلف در سیستم SiO2-Al2O3-B2O3 به روش سل-ژل سنتز شد. پس از خشک شدن ژل های سنتز شده به صورت یکپارچه، به منظور ورود نیتروژن به شبکه ژل متخلخل و واکنش با شبکه سازهای موجود، گرمایش آن ها در اتمسفر آمونیاک در دما و زمان های مختلف انجام شد. بررسی میزان نیتریده شدن توسط آنالیزگر اکسیژن- نیتروژن و طیف سنجی مادون قرمز صورت پذیرفت. به منظور بررسی دمای انتقال به شیشه، دمای نرم شوندگی و ضریب انبساط حرارتی شیشه های سنتز شده از آزمون دیلاتومتری و برای بررسی تبلور از پراش پرتو ایکس استفاده شد. همچنین، سختی شیشه های سنتز شده با سختی سنج ویکرز ارزیابی شد. نتایج نشان داد که پس از عملیات حرارتی ژل خشک شده در اتمسفر آمونیاک، این ماده با کاتیون های شبکه ساز شیشه واکنش داده و وارد ساختار شیشه شده است. از سوی دیگر با افزایش زمان عملیات نیتریده کردن از 2 به 15 ساعت و همچنین افزایش مقدار اکسید بور و آلومینیوم در ترکیب شیشه، میزان نیتروژن وارد شده در ساختار شیشه اکسی نیتریدی تا 8/3 درصد وزنی افزایش یافت. نیتریده شدن در دماهایی که ساختار ژل کاملاً متخلخل است بهتر صورت گرفته و ورود نیتروژن به شبکه باعث افزایش دمای نرم شوندگی دیلاتومتری در حدود 25 درجه سانتیگراد، رسیدن عدد سختی به 89/10 گیگاپاسکال و کاهش ضریب انبساط حرارتی آن از 6-1088/3 به 6-1039/3 در ترکیب بهینه شد. نتایج پراش پرتو ایکس نشان داد که نیتروژن همواره در شیشه باقی مانده و وارد فاز مولایت تبلور یافته از شیشه نمی شود.

کلیدواژه‌ها

سل-ژل؛ اتمسفر آمونیاک؛ نیتریده کردن ژل؛ شیشه اکسی نیتریدی

مراجع

1. Becher P.F., Hampshire S., Pomeroy M.J., Hoffman M., Lance M., “An over view of the structure and properties of silicon based oxynitride glasses”, International Journal of glass science, Vol. 2, No. 1, pp. 63-83, (2011).

2. Hampshire S., “Oxynitride glasses, their properties and crystallization”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 316, pp. 64-73, (2003).

3. Pomeroy M.J., Hampshire S., “SiAlON glasses: Effects of nitrogen on structure and properties”, Journal of the Ceramic Society of Japan, Vol. 116, No. 6, pp. 755-761, (2008).

4. Sakka S., “Structure, properties and application of oxynitride glasses” Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 181, pp. 215-224, (1995).

5. Hampshire S., “Oxynitride glasses”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 28, pp. 1475-1483, (2008).

6. Lofaj F., Satet R., Hoffman M.J., Lopez A., “Thermal expansion and glass transition temperature of the rare earth doped oxynitride glasses”, Journal of European Ceramic Society, Vol. 24, pp. 3377-3385, (2004).

7. Sherafat A., Grins J., Esmaeilzadeh S., “Properties of high nitrogen content mixed alkali earth oxynitride glasses”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 355, pp. 1259-1263, (2209)

8. Graaf D., Hintzen H.T., Hampshire S., With G., “Long wavelength Eu2+ emission in Eu-doped Y–Si–Al–O–N glasses”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 23, pp. 1093-1097, (2003).

9. Graaf D., Hintzen H.T., With G., “The influence of the composition on the luminescence of Ce(III)–Ln–Si–Al–O–N glasses (Ln=Sc, Y, La, Gd)”, Journal of Luminescence, Vol. 104, pp. 131-136, (2003).

10. Brinker C.J., Haaland D.M., “Oxynitride glass formation from gel”, Journal of American Ceramic Society, Vol. 66, No.11, pp. 758-764, (1983).

11. Brinker C.J., “formation of oxynitride glasses by ammonolysis of gels”, Journal of American Ceramic Society, C-4, (1982).

12. James P.F., “High performance glasses”, Chapman and Hall, pp.21-62, (1991).

13. Sekine M., Katayama S., “Preparation of silicon oxynitride glass fibers by ammonolysis of silica gels”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol.134, pp. 199-207, (1991).

14. Szaniawska K., Gładkowski M., Wicikowski L., Murawski L., “Nitridation of SiO2–B2O3 aerogels”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 354, pp. 4481–4483, (2008).

15. Szaniawska K., Murawski Z., Pastuszak R., Walewski M., Fantozzi G., “Nitridation and densification of SiO2 aerogels”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 286, pp. 58-63, (2001).

16. Bachar A., Mercier C., Tricoteaux A., Leriche A., Follet C., Saadi M., Hampshire S., “Effects of addition of nitrogen on bioglass properties and structure”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 358, pp. 693–701, (2012).