サイアロン セラミックスは、高温耐火材料の中でも特殊なクラスに属し、常温および高温で高い強度、優れた耐熱衝撃性、そしてアルミナなどの他の耐火材料と比較して、溶融非鉄金属による濡れや腐食に対する優れた耐性を備えています。代表的な用途は溶融アルミニウムの取り扱いです。また、非常に優れた耐腐食性を有するため、化学産業でも使用されています。サイアロンは、耐摩耗性、熱膨張率、そして1000℃以上までの優れた耐酸化性も備えています。サイアロンは1971年頃に初めて報告されました。[1] [2]
フォーム
| 形状 | 式 | n | 対称 | 空間群 | いいえ | ピアソンシンボル | Z |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| α | Si 12–m–n Al m+n O n N 16–n | 三角 | P31c | 159 | hP28 | 4 | |
| β | Si 6–n Al n O n N 8–n | 0～4.2 | 六角 | P6 3 | 173 | hP14 | 2 |
| おお | Si 2–n Al n O 1+n N 2–n | 0～0.2 | 斜方晶系 | Cmc2 1 | 36 | oS20 | 4 |
- mとnはSi-N結合を置換するAl-N結合とAl-O結合の数である。
サイアロンは、シリコン（Si）、アルミニウム（Al）、酸素（O）、窒素（N）の元素をベースとしたセラミックスです。これらは窒化ケイ素（Si 3 N 4 ）の固溶体であり、Si–N結合がAl–NおよびAl–O結合に部分的に置き換えられています。置換度は格子定数から推定できます。[3]置換によって生じる電荷の不一致は、Li +、Mg 2+、Ca 2+、Y 3+ 、 Ln 3+ （Lnはランタノイドを表す）などの金属陽イオンを添加することで補償できます。サイアロンには3つの基本形態があり、これらは窒化ケイ素の2つの一般的な形態であるアルファおよびベータのいずれか、および斜方晶系酸窒化ケイ素と等構造であるため、α、β、およびO'-サイアロンと名付けられています。[4]
生産
サイアロンは、まず窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、シリカ、イットリウムなどの希土類元素の酸化物などの原料混合物を混合することによって製造されます。この粉末混合物は、例えば静水圧粉末成形法やスリップキャスト法などによって「グリーン」成形体に成形されます。次に、成形された成形体は、典型的には常圧焼結法または熱間静水圧プレス法によって緻密化されます。サイアロンセラミックスでは異常粒成長が広く報告されており、焼結材料の粒度分布は二峰性になります。焼結部品は、その後、ダイヤモンド研削（研磨切削）によって機械加工する必要がある場合があります。[3]また、約1200℃の温度で様々な形状に鍛造することもできます。[5]
アプリケーション
SiAlON セラミックは、アルミダイカスト用の金属供給管、バーナーや浸漬ヒーターの管、非鉄金属のインジェクターや脱ガス装置、熱電対保護管、るつぼや取鍋など、特にアルミニウムやその合金などの非鉄溶融金属の取り扱いに幅広く使用されています。
金属成形において、SiAlON は、チル鋳鉄の機械加工用の切削工具として、また、特に抵抗溶接用のろう付けおよび溶接固定具やピンとして使用されます。
その他の用途としては、サイアロンの優れた化学的安定性、耐腐食性、耐摩耗性 により、化学およびプロセス産業、石油およびガス産業などがあります。
一部の希土類元素 活性化SiAlONは発光性があり、蛍光体として使用できます。ユーロピウム(II)ドープβ-SiAlONは、紫外線および可視光スペクトルを吸収し、強力な広帯域可視光を発します。温度安定性のある結晶構造のため、輝度と色は温度によって大きく変化しません。白色LED用の緑色ダウンコンバージョン蛍光体として大きな可能性を秘めており、黄色の変種も存在します。白色LEDの場合、青色LEDに黄色蛍光体、または緑色と黄色のSiAlON蛍光体と赤色CaAlSiN 3ベース（CASN）蛍光体を組み合わせて使用します。[4]
参考文献
- ^ Jack, K. H (1976). 「サイアロンおよび関連窒素セラミックス」. Journal of Materials Science . 11 (6): 1135– 1158. doi :10.1007/BF00553123. S2CID 137538764.
- ^ Cao, G. Z; Metselaar, R (1991). 「α'-サイアロンセラミックス：レビュー」.材料化学. 3 (2): 242. doi :10.1021/cm00014a009. S2CID 62841145.
- ^ abc リーデル, ラルフ; チェン, I-Wei (2011年2月10日). セラミックス科学技術 第2巻 材料と特性. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. pp. 68–. ISBN 978-3-527-63174-2。
- ^ ab Xie, Rong-Jun; Hirosaki, Naoto (2007). 「白色LED用シリコン系酸窒化物および窒化物蛍光体—レビュー」.先端材料科学技術. 8 ( 7–8 ): 588. Bibcode :2007STAdM...8..588X. doi : 10.1016/j.stam.2007.08.005 .
- ^ Luo, Junting; Xi, Chenyang; Gu, Yongfei; Zhang, Lili; Zhang, Chunxiang; Xue, Yahong; Liu, Riping (2019). 「電界下における超低温でのサイアロン系ナノ複合材料の超塑性鍛造」. Scientific Reports . 9 (1): 2452. Bibcode :2019NatSR...9.2452L. doi :10.1038/s41598-019-38830-1. PMC 6385494. PMID 30792453 .
