Yag (Y3AL5O12) as a scavenger for Si and Ca

Abstract

ÖZET Genel gamet yapısında (Ia3-d) değişik büyüklükte ve yükte birçok katyonu rahatlıkla barındırabilir. İtriyum alüminat gamet (YAG, Y3AI5O12) eğer itriyum ile mangan ve alüminyum ile silikon aynı anda yer değiştirirlerse orijinal gamet yapılı spessartite (Mn3Aİ2(Si04)3) mineralinden üretilebilir. Bu yer değiştirmeler sırasında yapıdaki yük dengesi korunmuş olur. Yüksek miktarda itriyum eklenmiş alumina seramilderinin Si ve Ca ile kirletilmesi üzerine çalışmalar, seramikte çökelen YAG fazının yapısına düşük miktarda Si ve Ca girişine izin verdiğini göstermiştir. Bu çalışmada, kimyasal sentez yöntemleri kullanılarak, yapıya birlikte girmeleri durumunda, YAG fazının Y3+ katyonlarının yaklaşık %10'u kadar Si4+ ve Ca2+ katyonlarım barındırabildiği gösterilmiştir. Denge koşullarının sağlanması için 900°C de 2 saat ısıl işlem uygulanmıştır ve numuneler fırında oda sıcaklığına kadar soğutulmuştur. Çözünürlük liımitlerinin bulunması için kaybolan faz ve EDS elementel analiz yöntemleri kullanılmıştır. Çözünürlük sınırı aşıldığında faz ayrımı oluşmuştur ve üç kristal faz (YAG, YAP (itriyum alüminat peroskit, YAİO3), YAM (itriyum alüminat monoklinik, Y4AI2O9)) gözlenmiştir. Ortak çözünürlük sınırını aşan Si ve Ca katyonlarının x-ışını amorf anorthite benzeri camsı bir faz olarak çökeldiğine inanılmaktadır.

ABSTRACT General garnet structure (Ia3-d) is a forgiving host and can accommodate cations of varying sizes and valence states. Yttrium aluminate garnet (YAG, Y3AI5O12) forms with the substitution of yttrium for manganese in the original garnet mineral spessartite (Mn3Aİ2(Si04)3), if aluminum simultaneously substitute for silicon such that the charge neutrality is maintained. Studies on highly yttrium doped alumina ceramics with Si and Ca contamination indicated that YAG precipitates in the ceramic had a propensity to allow simultaneous incorporation of small amounts of Si and Ca impurities in their structure. In this study, using chemical synthesis techniques it was shown that YAG can accommodate up to approximately 10 cation % Si4+ and Ca2+ (i.e. Si4+/Y3+ and Ca2+/Y3+) amount in YAG if they are incorporated together. Equilibrium conditions are established by calcining samples at 900°C for 2 hours and cooling the samples to room temperature in the furnace. Disappearing-phase method and EDS analysis were used to determine solubility and co-solubility limits. Beyond the solubility limit phase separation occured and three crystalline yttrium aluminate phases (YAG, YAP (yttrium aluminate perovskite, YAIO3), YAM (yttrium aluminate monoclinic, Y4AI2O9)) were observed. It is believed that the excess Si and Ca above co-solubility limit precipitate out in the form of an x-ray amorphous anorthite like glass in the system.