การขึ้นรูปซิลิคอนไนไตรด์โดยกระบวนการ HIP

Abstract

การศึกษาและวิจัยการขึ้นรูปซิลิคอนไนไตรด์ความหนาแน่นสูงโดยกระบวนการ HIP แบบใช้แคปซูล มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาเทคนิคการขึ้นรูปชิ้นงานให้มีสมบัติเชิงกลสูง ในการวิจัยนี้ได้เลือกใช้ผงแอลฟา-ซิลิคอนไนไตรต์ เป็นสารตั้งต้น โดยใส่ผงอะลูมิเนียมออกไซด์ และผงอิทเทรียมออกไซด์ในจำนวนร้อยละ 3 และร้อยละ 5 โดยน้ำหนักตามลำดับ สัดส่วนดังกล่าวทำให้เกิดองค์ประกอบที่เป็นเฟสของเหลวที่มีอุณหภูมิหลอมเหลวต่ำที่สุดสุดภายในระบบของอะลูมิเนียมออกไซด์-อิทเทรียมออกไซด์ซิลิคอนออกไซด์ และได้ทำการตรวจสอบสมบัติด้านความหนาแน่น โครงสร้างจุลภาค ความแข็ง ค่า Young’s modulus และ Fracture toughness ของชิ้นงาน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าชิ้นงวนซิลิคอนไนไตรด์ที่ได้มีความหนาแน่นสูงใกล้เคียงกับค่าความหนาแน่นทางทฤษฎี รูปแบบพีคเอกซ์เรย์ชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนเฟสจากเฟสแอลฟาเป็นเฟสเบตาเกิดขึ้นในทุก ๆ ชิ้นงาน และอุณหภูมิต่ำสุดที่ เกิดการเปลี่ยนเฟสได้อย่างสมบูรณ์ คือ 1650 องศาเซลเซียส การเกิดเกรนเบตาที่มีลักษณะเป็นแท่งยาวมีความสัมพันธ์กับการเกิดเฟสของเหลวระหว่างการเปลี่ยนเฟส ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอนแบบส่องกราดแสดงถึงลักษณะเกรนเบตาที่เป็นแท่งยาวนี้ ชิ้นงานที่ค่าความหนาแน่นทางทฤษฎีมากกว่าร้อยละ 98 จะมีค่าความแข็งระหว่าง 15 ถึง 16 GPa ค่า Young’s modulus และ Fracture toughness มีค่าเท่ากับ 250 ถึง 320 GPa และ 7 ถึง 9 MPa.m1/2 ตามลำดับ