Wpływ tlenków itru i glinu jako dodatków do spiekania na ablację laserową azotku krzemu
PDF (English)

Słowa kluczowe

obróbka laserowa
laser światłowodowy
azotek krzemu
środki ułatwiające spiekanie
właściwości cieplne Laser processing
Fibre laser
Silicon nitride
Sintering aids
Thermal properties

Jak cytować

Cieśla, N., Rutkowski, P., Kata, D., Zientara, D., & Ziąbka, M. (2021). Wpływ tlenków itru i glinu jako dodatków do spiekania na ablację laserową azotku krzemu. Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 73(2), 71-81. Pobrano z https://mccm.ptcer.pl/index.php/materialy_ceramiczne/article/view/211

Abstrakt

Praca dotyczy badań nad laserową obróbką ubytkową w trybie pracy ciągłej materiału polikrystalicznego z azotku krzemu z dodatkiem 5% i 10% wagowych tlenków itru i tlenku. Materiały otrzymano metodą prasowania na gorąco w 1750 °C. Scharakteryzowano je pod kątem zagęszczenia, składu fazowego, mikrostruktury oraz właściwości cieplnych. Spieki wykazywały różny skład, stopień zagęszczenia, a co za tym idzie różną dyfuzyjność cieplną i przewodność. Polikryształy poddano obróbce laserowej przy użyciu lasera światłowodowego domieszkowanego iterbem o długości 1064 nm. Do obróbki wykorzystano 40-mikronową plankę wiązki, prędkość procesu 1 mm/s i moc 40 W. Badano szerokość i głębokość cięcia laserowego oraz strefę wpływu ciepła. Na podstawie charakterystyki materiału przeanalizowano wpływ dodatków tlenkowych poprawiających spiekanie na obróbkę laserową azotku krzemu.

PDF (English)

Bibliografia

Xing, H., Liu, B., Sun, J., Zou, B.: Mechanical properties of Si3N4 ceramics from an in-situ synthesized α-Si3N4/β-Si3N4 composite powder, Ceram. Int., 43, (2017), 2150-2154.

Xu, W., Yin, Z., Yuan, J., Wang, Z., Fang, Y.: Effects of sintering additives on mechanical properties and microstructure of Si3N4 ceramics by microwave sintering, Mater. Sci. Eng. A, 684, (2017), 127-134.

Kašiarová, M., Tatarko, P., Burik, P., Dusza, J., Šajgalík, P.: Thermal shock resistance of Si3N4 and Si3N4–SiC ceramics with rare-earth oxide sintering additives, J. Eur. Ceram. Soc., 34, (2014), 3301-3308.

Tatarko, P., Kašiarová, M., Dusza, J., Šajgalík, P.: Influence of rare-earth oxide additives on the oxidation resistance of Si3N4–SiC nanocomposites, J. Eur. Ceram. Soc., 33, (2013), 2259-2268.

Hyuga, H., Jones, M. I., Hirao, K., Yamauchi, Y.: Influence of Rare-Earth Additives on Wear Properties of Hot-Pressed Silicon Nitride Ceramics under Dry Sliding Conditions, J. Eur. Ceram. Soc., 87, (2004), 1683-1686.

Tatarko, P., Lojanová, S., Dusza, J., Šajgalík, P.: Influence of various rare-earth oxide additives on microstructure and mechanical properties of silicon nitride-based nanocomposites, Mater. Sci. Eng.: A, 527, (2010), 4771-4778.

Lukianova, O. A., Ivanov, O. N.: The effect of Al2O3-MgO additives on the microstructure of spark plasma sintered silicon nitride, Ceram. Int., 44, (2018), 390-393.

Guo, S., Hirosaki, N., Yamamoto, Y., Nishimura, T., Kagawa, Y.: Hot-pressed Si3N4 ceramics with Lu2O3 additives: Grain-boundary phase and strength, Mater. Sci. Eng.: A, 408, (2005), 9-18.

Kumar, A., Gokhale, A., Ghosh, S., Aravindan, S.: Effect of nano-sized sintering additives on microstructure and mechanical properties of Si3N4 ceramics, Mater. Sci. Eng.: A, (2019), in press, https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.02.020

Petrovskij, Ja. V.: Silicon nitride ceramics, Warszawa: ITME, (1993).

Abdel-Rahman, A. A.: An Abrasive Waterjet Model for Cutting Ceramics, in Mathematical Models for Engineering Science, (Eds. V. Mladenov, K. Psarris, N. Mastorakis, A. caballero, G. Vachtsevanos), Proc. of MMS ’10, WSEAS Press, (2010), 68-72.

Wang, L., Huang, C. Z., Wang, J., Zhu, H. T., Yao, P.: Laser-Assisted Waterjet Microgrooving of Silicon Nitride Ceramics with near Damage-Free, Mater. Sci. Forum, 861, (2016), 69-74,.

Zhao, S., Xiao, W., Rahaman, M. N., O’Brien, D., Seitz-Sampson, J. W., Bal, B. S.: Robocasting of silicon nitride with controllable shape and architecture for biomedical applications, Appl. Ceram. Techn., 14, (2017), 117-127.

Zhang, J., Long, Y., Liao, S., Lin, H. T., Wang, Ch.: Effect of laser scanning speed on geometrical features of Nd:YAG laser machined holes in thin silicon nitride substrate, Ceram. Int., 43, (2017), 2938-2942.

Azarhoushang, B., Soltani, B., Daneshi, A.: Study of the effects of laser micro structuring on grinding of silicon nitride ceramics, CIRP Annals – Manufact. Technol., 67, (2018), 329-332.

Bonse, J., Mann, G., Krüger, J., Marcinkowski, M., Eberstein, M.: Femtosecond laser-induced removal of silicon nitride layers from doped and textured silicon wafers used in photovoltaics, Thin Solid Films, 542, (2013), 420-425.

Golla, B. R., Koa, J. W., Kim, J. M., Kim, H. D.: Effect of particle size and oxygen content of Si on processing, microstructure and thermal conduct ivity of sintered reaction bonded Si3N4, J. Alloys Compd., 595, (2014), 60-66.

Han, L., Li, F., Huang, L., Zhang, H., Pei, Y., Dong, L., Zhang, J., Zhang, S.: Preparation of Si3N4 porous ceramics via foam-gel casting and microwave-nitridation method, Ceram. Int., 44, (2018), 17675-17680.

Liang, H., Zeng, Y., Zuo, K., Xia, Y., Yao, D., Yin, J.: Mechanical properties and thermal conductivity of Si3N4 ceramics with YF3 and MgO as sintering additives, Ceram. Int., 42, (2016), 15679-15686.

Watari, K., Hirao, K., Brito, M. E., Toriyama, M., Ishizaki, K.: Factors to Enhance Thermal Conduct ivity of Si3N4 Ceramics (Review), AZo J. Mater. Online, 2, (2006).

Zhou, Y., Hyuga, H., Kusano, D., Yoshizawa, Y., Ohji, T., Hirao, K.: Development of high-thermal--conductivity silicon nitride ceramics, J. Asian Ceram. Socs., 3, (2015), 221-229.

Kim, J.-M., Ko, S.-I., Kim, H.-N., Ko, J.-W., Lee, J.-W., Kim, H.-D., Park, Y.-J.: Effects of microstructure and intergranular glassy phases on thermal conductivity of silicon nitride, Ceram. Int., 43, (2017), 5441-5449.

Yokota, H., Yamada, S., Ibukiyama, M.: Effect of large β-Si3N4 particles on the thermal conduct ivity of β-Si3N4 ceramics, Eur. Ceram. Soc., 23, (2003), 1175-1182.

Wang, L., Huang, C., Wang, J., Zhu, H., Liang, X.: An experimental investigation on laser assisted waterjet micro-milling of silicon nitride ceramics, Ceram. Int., 44, (2018), 5636-5645.

Tangwarodomnukun, V., Wang, J., Huang, CZ., Zhu H. T.: An investigation of hybrid laser–water jet ablation of silicon substrates, Int. J. Mach. Tools Manuf., 56, (2012), 39-49.

Guerrini, G., Lutey, A. H. A., Melkote, S. N., Fortunato, A.: High throughput hybrid laser assisted machining of sintered reaction bonded silicon nitride, J. Mater. Procs. Techn., 252, (2018), 628635.

Woo, W.-S., Lee, Ch.-M.: A study on the edge chipping according to spindle speed and inclinat ion angle of workpiece in laser-assisted milling of silicon nitride, Opt. Laser Techn., 99, (2018), 351-362.

Zhou, Y., Hyuga, H., Kusano, D., Yoshizawa, Y., Ohji, T., Hirao, K.: Development of high-thermal--conductivity silicon nitride ceramics, J. Asian Ceram. Socs., 3, (2015), 221-229.

Creative Commons License

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Użycie niekomercyjne – Bez utworów zależnych 4.0 Międzynarodowe.

Copyright (c) 2022 Array