The interaction of iron during the hot-pressing of silicon nitride

• Published in: Journal of the European Ceramic Society 1991, Vol.7 (2), p.75-81
• Main Authors: Stalios, A.D., Luyten, J., Hemsley, C.D., Riley, F.L., Fordham, R.J.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Building materials. Ceramics. Glasses; Ceramic industries; Chemical industry and chemicals; Exact sciences and technology; Structural ceramics; Technical ceramics
• ISSN: 0955-2219; 1873-619X
• DOI: 10.1016/0955-2219(91)90003-I

Microstructural analysis of a commercial hot-pressed silicon nitride containing the equivalents of 1·2 mass % MgO and 2·7 mass % Fe 2O 3, shows the existence of intergranular-phase forsterite-fayalite solid solution (olivine), together with iron silicides. The results of modelling hot-pressing experiments carried out at 1500°C with iron(III) oxide and iron additions suggest that the function of iron compounds during hot-pressing is complex, and includes the formation of low-melting transient liquids in the FeO-MgO-SiO 2 system which can be very effective densification aids. Metallic iron appears to yield readily an equally effective iron silicide liquid. Bei der Untersuchung des Gefüges von industriell heißgepreßtem Siliziumnitrid mit einem Anteil von 1·2 Gew.% MgO und 2·7 Gew.% Fe 2O 3 wurde eine Korngrenzenphase aus Forsterit (Mg 2SiO 4)-Fayalit (Fe 2SiO 4)-Mischkristallen (Olivin) zusammen mit Eisensiliziden gefunden. Die Auswertung modellhafter Heißpreßexperimente, die bei 1500°C mit Fe(III) Oxid und mit Eisen als Sinterhilfsmittel durchgeführt wurden, lassen vermuten, daß die Wirkungsweise der Eisenverbindungen während des Heißpressens kompliziert ist und die Bildung von die Verdichtung sehr fördernden niedrig schmelzenden und rekristallisierenden flüssigen Phasen im FeO-MgO-SiO 2 System mit einschließt. Die Wirkung metallischen Eisens beruht wahrscheinlich auf der schnellen Bildung einer gleichermaßen wirksamen Eisen-Silizid-Schmelze. L'analyse microstructurale d'un nitrure de silicium pressé à chaud contenant les équivalents de 1·2% massiques de MgO et 2·7% massiques de Fe 2O 3 a permis de mettre en évidence la présence d'une phase intergranulaire de solution solide forsterite-fayalite (olvine) et de siliciures de fer. Les résultats des expériences de pressage à chaud réalisées à 1500°C avec des ajouts d'oxyde de fer(III) et de fer suggèrent que le rôle des composés ferreux lors du pressage à chaud est complexe et comprend la formation de liquides intermédiaires de bas point de fusion appartenant au système FeO-MgO-SiO 2 qui peuvent être des aides à la densification trés actifs. On a également montré que le fer métal peut aisément conduite à une phase liquide de siliciure de fer tout aussi active.