Heat Treatment of Controlled Composition Y-Sialon Ceramics

Abstract

A systematic study of the devitrification behaviour of the grain boundary phase in Y-Sialon ceramics has been carrled out in an attempt to optimize the devitrification products by compositional control and heat treatment schedules. Three serles of Y-Sialon compositions with varying amounts of additivles were sintered to near-theoretical density to achleve a two-phase system consisting of β-Si3N4 or β’Sialon and a Y-Sialon glass. Optimum heat treatment conditions to crystallize the glassy grain boundary phase to Y3Al5O12 (YAG) were determined to be 1400°C and 100 h for most compositions. However, devitrification of the glass to the garnet had a detrimental effect on the room temperature strength. This decrease is attributed to the volume shrinkage associated with the formation of YAG which results in microcracking and debonding of the garnet crystals from the surrounding grains. Résumé Une étude systématique a été entreprise pour élucider le comportement des céramiques Y-Sialon quant à la dévitrification des phases aux points de grains, dans le but d'optimiser les produits de dévitrification par des contrôles de composition et des horaires de traitement thermique. Trois séries de Y-Sialon de compositions différentes et ayant différentes quantités d'additifs, ont été frittées jusqu'à une densité proche de la densité thémique, produisant ainsi un système biphasé formé de β-Si3N4 ou β'Sialon et un verre Y-Sialon. Les conditions optimales du traitement thermique nécessaire à la cristallisation en Y3Al5O12 (YAG) des phases viteuses aux points de grains, sont de 1400°C et 100 h pour la plupart des compositions. Cependant, la dévitrification du verre en grenat a un effet néfaste sur la resistance a température ambiante. Cette perte de resistance est attribuée à la contraction du volume associée à la formation du YAG qui induit de la microfissuration et une perte de cohésion entre les cristaux de grenat et les grains les entourant.