بررسی تاثیر افزودنی آهن بر سنتز Si3N4 به روش کربوترمال و نیتریداسیون از پیش سازه MCM-48 و ساکاروز

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 6، دوره 9، شماره 4، اسفند 1394، صفحه 53-61   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

علی قلمزن^{* 1}؛ امیر عباس نوربخش²؛ مجتبی نصر اصفهانی³؛ روزبه جواد کلباسی⁴

¹کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد

²دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، اصفهان

³استادیار، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد

⁴استادیار، دانشکده شیمی، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، اصفهان

چکیده

در تحقیق حاضر نقش افزودنی آهن بر سنتز نیترید سیلیسیوم به روش کربوترمال و نیتریداسیون از پیش سازه  سیلیکاتی MCM-48 و عامل کربنی ساکاروز بررسی شد. ابتدا مزوحفره سیلیکاتی سنتز گردید. سپس با استفاده از انحلال MCM-48 و ساکاروز در آب دو بار تقطیر و خشک نمودن رسوبحاصله، مخلوط های دو تایی آماده شد. جهت بررسی نقش آهن، با افزودن آهن در محدوده یک، دو و سه درصد وزنی به مخلوط فوق، سیستم های سه تایی نیز آماده گردید. سپس عملیات نیتریداسیون در دمای 1400 درجه سانتی گراد و تحت اتمسفر نیتروژن انجام شد. خواص فیزیکی و میکروساختاری پیش سازه سیلیکاتی ونمونه های تولید شده به کمک تکنیک های گوناگون مانند الگوی پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون ایزوترم جذب- واجذب  نیتروژن و میکروسکوپ الکترونی عبوری مشخصه یابی شد.  نتایج نشان می دهد با افزایش درصد وزنی آهن، میزان نیترید سیلیسیومحاصله افزایش می یابد که بیانگر نقش کاتالیستی این افزودنی می باشد. در واقع افزودنی آهن با تشکیل سیلیسایدهای آهن، مکان های مناسبی را جهت جوانه زنی نیترید سیلیسیوم فرآهم میآورد که سبب بهبود سینتیک واکنش نیتریداسیون می گردد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز مورفولوژی متخلخل را برای نیترید سیلیسیوم  نشانمی دهد. مطالعات آزمونایزوترم جذب – واجذب نیتروژن نیز نشان می دهد، نمونه های نهایی دارای قطری کوچکتر نسبت به پیش سازه سیلیکاتی است و خصوصیات یک ماده میکرو حفره را دارا می باشد.

کلیدواژه‌ها

نیترید سیلیسیوم؛ کربوترمال و نیتریداسیون؛ مزوپور

مراجع

[1]     K. H. Jack & W. I. Wilson., “Ceramics based on the Si–Al–ON and related systems”, Nature, Vol. 28, pp. 281–239, 1972.

 

[2]     F. Wang, F. Qin, G. Qiang Jin, W. Yong & X. Yun Guo, “synthesis and characterization of Si₃N₄ thin nanobelts via direct nitridation of Si powder”, physica E 41, pp.120-123, 2008.

 

[3]     M. V. Vlasova, T. S. bartnitskaya, L. L. Sukhikh, L. A. Tomila & T. V. Krushinskaya, “mechanism of Si₃N₄ nucleation during carbothermal reduction of silica”, journal of materials science, Vol. 30, pp. 5263-5271, 1995.

 

[4]     Q. Yong-Xin, L. Mu-Sen, W. Cheng-Gao, B. Yu-Jin, B. Zhu & W. Yan-Xiang, “low-temperature preparation of silicon nitride via chemical metathesis route”, materials letters, Vol. 58, pp. 3345-3347, 2004.

 

[5]     Y. Zhao, Q. Liu & H. Zhou, “synthesis of pure rod- like α-Si₃N₄ powder with in situ C/SBA-15 composite”, ceramics internationalσ, Vol. 38, pp. 6059-6062, 2012.

 

[6]     A. K. waterw, A. Sawka & D. K. watera, “amorphous Si₃N₄ layers synthesized on cemented carbide tools using an atmospheric pressure CVD method,surface and coatings technology”, Vol. 88, pp. 12-16, 1996.

 

[7]     T. Kawahito & T. Iwai, “Poroceeding of the International Symposium on Ceramic Components for Engines”, p. 333, 1983.

 

[8]     D. Gu, F. Zhang, Y. Shi, Y. Zhang, F. Wu, Z. Deng, Y. Zhang, L. Tu & B. Zhao, “teardown method to create large mesotunnels on the pore walls of ordered mesoporous silica”, J. Colloidand Interface Science, Vol. 328, pp. 338-343, 2008.

 

[9]     X. Zhao, S. Lu & G. Q, “Nanoporous materials-science and engineering”, Imperial College Press, londan, Vol. 4, pp. 6-11, 2004.

 

[10] K. H. Jack, “The Fabrication of Dense Nitrogen Cer­amics. In Hayne-Palmour IV: Processing of Crystalline Ceramics”, Materials Science Research, Plenum, Vol. 11, p. 561, 1978.

 

[11] R. K. Iler, “The chemistry of silica: solubility, polymerizatio colloid and surface properties biochemistry”, John Wiley & Sons, 1979.

 

[12] W. D. B. I. Parsons & D. S. Montgometry, Mine Branch Technical Survey, TB26, 1961.

 

[13] S. J. Gregg & K. S. W. Sing, “Adsorption, Surface Area and Porosity”, Academic Press, London, 1982.

 

[14] K. Chen, Z. Huang, Y. G. Liu, M. Fang & J. Huang, “Synthesis of β-Si₃N₄ powder from quartz via carbothermal reduction nitridation”, powder technology, Vol. 235, pp. 728-734, 2013.