O nitreto de alumínio é muito utilizado como material semicondutor em dispositivos óptico-eletrônicos na qual sua alta condutividade térmica permite uma boa dissipação de calor. Por outro lado, devido à alta resistência mecânica e boa estabilidade estrutural à alta temperatura, tem sido crescente o seu estudo para aplicações termo-mecânica levando em considerações os avanços tecnológicos no processamento e caracterização destes materiais. Neste trabalho serão apresentados os resultados dos estudos de prensagem a quente do nitreto de alumínio aditivado com 5%, 10% e 20% de uma mistura contendo Al2O3 + Y2O3. A massa específica foi determinada de acordo com a norma ASTM C20-87, as fases presentes por difração de raios X e as análises microestruturais por microscopia eletrônica de varredura. A microdureza e tenacidade à fratura foram avaliadas pelo método de indentação Vickers. Os resultados promissores alcançados de densificação, próximos à densidade teórica, e propriedades mecânicas, mostraram a viabilidade da utilização do AlN em aplicações estruturais.

Aluminum nitride is applied as semiconductor material in optical-electronic devices due to its high thermal conductivity and high heat dissipation. On the other hand, due to high mechanical strength and high-temperature structural stability this material has been studied for thermomechanical application. In this work the results of the physical and mechanical properties of aluminum nitride sintered by hot uniaxial pressing with 5%, 10% and 20% of YAG (Al2O3+Y2O3 ) additions are presented. The specific mass was determined by ASTM C20-87 standard, crystalline phases identified by X-ray diffraction and microstructural analysis performed by scanning electron microscopy. The microhardness and fracture toughness values were determined on the polished surface, at room temperature, using Vickers indentation method. The excellent results obtained for densification and mechanical properties show the viability of the use of aluminum nitride in structural applications.

O objetivo desse trabalho foi a preparação in situ do compósito alfa-SiAlON-SiC com desenvolvimento de solução sólida de nitreto de silício (SiAlON) durante a sinterização, utilizando o óxido misto de ítrio e terras raras (CRE2O3), fabricado na FAENQUIL, como estabilizador da fase alfa-Si3N4. Uma fração de 20% em volume da mistura AlN-CRE2O3, na proporção 9:1 (mol%), foi misturada a 80% em volume de Si3N4. A essa mistura (Si3N4-AlN-CRE2O3), foram adicionadas quantidades variadas de beta-SiC (entre 0 e 20 peso%). As misturas de pós foram moídas e, em seguida, compactadas por prensagem uniaxial e, subseqüente prensagem isostática a frio. Os compactos foram submetidos a sinterização a 1950 0C por 1 h e sob pressão de 1 MPa de N2. As amostras sinterizadas foram caracterizadas quanto às fases presentes, transformação Si3N4-SiAlON e aspectos microestruturais. Os resultados revelaram alfa-SiAlON e beta-SiC como únicas fases cristalinas. Além disso, não houve cristalização parcial da fase intergranular remanescente, e observou-se que variadas adições de SiC não interferiram na solubilidade e conseqüente formação de alfa-SiAlON, porém o crescimento de grãos alongados de alfa' é inibido em função da adição de quantidades maiores de SiC.

The objective of this work is to obtain in situ alpha-SiAlON-SiC composites, by silicon nitride solid solution development, during sintering, using rare earth and yttrium oxide mixture (CRE3O3) as stabilizer of the alpha-Si3N4 phase. A fraction of 20 vol.% of AlN-CRE2O3 mixture was mixed to 80 vol.% of Si3N4. Different contents of beta-SiC powders were mixed to the Si3N4-AlN-CRE2O3 powder mixture. The powder mixtures were milled and compacted by uniaxial and cold isostatic pressing. The green bodies were sintered at 1950 °C during 1 h under 1 MPa of N2 pressure. The sintered samples were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy, in order to assess the crystalline phases and microstructural aspects, respectively. The results revealed the presence of alpha-SiAlON and beta-SiC as the only crystalline phases present in the material. No partial crystallization of remaining intergranular phase was detected. No alpha-SiAlON solubility variation was observed by the use of different SiC contents, but different grain of a' grains are related to SiC addition in the mixtures.

Este trabalho foi proposto com objetivo de analisar a possibilidade da substituição de Y2O3 por CeO2 sinterização via fase líquida de nitreto de silício (Si3N4), visando obter um material com boas propriedades físicas, mecânicas e microestruturais, além da redução de custos de produção desta cerâmica. Para o desenvolvimento deste trabalho foram preparadas duas misturas de pós, variando-se as proporções entre alfa-Si3N4, Al2O3, AlN, Y2O3 e CeO2. As misturas de pós foram homogeneizadas em etanol, secas em evaporador rotativo e estufa, respectivamente. Em seguida, prensadas uniaxialmente (100 MPa) e isostaticamente a frio(300 MPa). As amostras foram sinterizadas à 1850 ºC durante 1 h, em forno com elemento resistivo de grafite sob atmosfera de nitrogênio. Após sinterização, as amostras apresentaram densidades relativas superiores a 97% do valor teórico. A tenacidade à fratura e a dureza foram superiores a 5,28 MPa.m½ e 17,12 GPa, respectivamente. As análises de fases por difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura mostraram a presença das fases alfa-SiAlON e beta-Si3N4.

This work investigated the substitution of Y2O3 for CeO2 in liquid-phase sintered silicon nitride ceramics. Cost reduction as well as good physical, mechanical and microstructural properties are the main objectives of the present study. Two powder mixtures were prepared, varying the contents of alpha-Si3N4, Al2O3, AlN, Y2O3 and CeO2. The mixtures were homogenized in ethanol, dried in a rotating evaporator and kiln, respectively, and then uniaxially (100 MPa) and cold isostatically pressed (300 MPa). The samples were sintered at 1850ºC for 1 h in a graphite resistive furnace under nitrogen atmosphere. After sintering the density of the samples was higher than 97% of the theoretical value. The fracture toughness and hardness were higher than 5.28 MPa.m½ and 17.12 GPa, respectively. Phase analysis by X-ray diffraction and scanning electron microscopy revealed the presence of alpha-SiAlON and beta-Si3N4.

Nesse trabalho foi estudada a anisotropia no comportamento à fluência de cerâmicas de Si3N4 prensadas a quente. Quatro tipos de cerâmicas à base de Si3N4 foram desenvolvidas, utilizando-se Al2O3-CRE2O3 ou AlN e CRE2O3 como aditivos, em frações volumétricas de 5 e 20%. CRE2O3 é um óxido misto de ítrio e terras raras produzido na FAENQUIL. As misturas de pós foram submetidas à prensagem uniaxial a quente, a 1750 °C - 20 MPa. As amostras sinterizadas apresentaram fases cristalinas e microestruturas distintas, e foram submetidas a ensaios por compressão a 1300 °C, sob tensão de 300 MPa. Corpos de prova foram confeccionados nos planos paralelo e perpendicular ao eixo de prensagem a quente, e as taxas de fluência para ambos os planos foram obtidas e correlacionadas. Os resultados demonstraram que as amostras confeccionadas no plano perpendicular ao eixo de prensagem a quente, sofreram maiores deformações que as amostras do plano paralelo. Esse comportamento é devido à orientação dos grãos alinhados com o eixo de aplicação de carga compressiva durante os ensaios de fluência.

In this work the anisotropy of the creep behavior in hot pressed Si3N4 ceramics was evaluated. Four different Si3N4 ceramics were developed, using Al2O3-CRE2O3 or AlN e CRE2O3 as sintering aids. Specimens were hot pressed at 1750 °C - 20 MPa. The sintered specimens show different crystalline phases and microstructures, and were submitted to compressive creep tests at 1300 °C and stress of 300 MPa. Specimens in the parallel and perpendicular plane to the hot pressing axis were tested and the creep rates and strain were correlated as a function to the plane analyzed. The results show the influence of anisotropy on the creep behavior, related to the orientation of the grains, activating the rotation of the grains by viscous flow of the intergranular phase.