بهینه‌سازی خواص مکانیکی و دی‌الکتریک بوسیله کنترل تراکم‌پذیری و ریزساختار در سرامیک‌های نیترید سیلیسیم تهیه شده به روش پرس داغ

سرامیک‌‌های نیترید سیلیسیم موادی با خواص مکانیکی، دی‌الکتریک و حرارتی عالی هستند که با دارا بودن چنین ویژگی‌هایی یکی از کاندیدهای اصلی جهت کاربرد در شرایط محیطی دما بالا است. در این پژوهش اثر دمای تف‌جوشی بر کنترل ریزساختار و تراکم پذیری و بهینه‌سازی خواص مکانیکی و دی‌الکتریک سرامیک‌های نیترید سیلیسیم تهیه شده به روش پرس داغ در دماهای مختلف 1500، 1600، 1700 و 1800 درجه سانتیگراد بررسی شده است. از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس به ترتیب جهت بررسی ریزساختار و آنالیز فازهای تشکیل شده استفاده شده است. طبق الگوی پراش حاصل از پرتو ایکس و رابطه گازارا-مسیر، در نمونه‌های سینتر شده در دمای 1600 و1700 درجه سانتیگراد همه فاز آلفا به بتا تبدیل شده و در نمونه سینتر شده در دمای 1500 درجه سانتیگراد میزان تبدیل 95.45% بوده است. نتایج حاکی از آن است که افزایش دمای تف‌جوشی از1500 به 1800 درجه سانتیگراد منجر به درشت‌تر شدن دانه‌های میله‌ای شکل و دستیابی به ریزساختار دوگانه شده و قطر متوسط دانه‌ها از 0.7 میکرومتر به 1.34 میکرومتر افزایش یافته است. نمونه سینتر شده در دمای 1500درجه سانتیگراد با دارا بودن کمترین مقدار قطر متوسط ( 0.7 میکرومتر) در بین سایر نمونه‌ها، بیشترین مقدار استحکام خمشی 9.5 ± 550 مگاپاسکال را به خود اختصاص داده است. با افزایش اندازه متوسط دانه‌ها و کاهش نسبت فازی alpha;/ beta; در اثر افزایش دمای تف‌جوشی، میانگین ثابت دی‌الکتریک و تانژانت اتلاف نمونه‌ها به ترتیب از 4.5 به 9.2 و از 0.099 به 0.22 افزایش یافته است.

optimization of mechanical and dielectric properties by controlling densification and microstructure in silicon nitride ceramics prepared by hot pressing method

silicon nitride ceramics are materials with excellent mechanical, dielectric and thermal properties which with such properties is one of the main candidates for use in high temperature environments. in this study, the effect of sintering temperature on microstructure control and densification and optimization of mechanical and dielectric properties of silicon nitride ceramics prepared by hot pressing at different temperatures of 1500 °c, 1600 °c, 1700 °c and 1800 °c has been investigated. scanning electron microscopy and x-ray diffraction have been used to study the microstructure and analysis of the formed phases, respectively. according to the x-ray diffraction pattern and the gazara-mesier relationship, in the sintered samples at 1600 °c and 1700 °c, all alpha phases were converted to beta, and in the sintered samples at 1500 °c, the conversion rate was 95.45%. is. the results show that increasing the sintering temperature from 1500˚c to 1800˚c leads to larger rod-shaped grains and achieves dual microstructure and the average grain diameter has increased from 0.7 micro;m to 1.34 micro;m. sintered specimen at 1500 °c, with the lowest average diameter (0.7 micro;m) among other specimens, has the highest flexural strength of 550 ± 9.5 mpa. is by increasing the average grain size and decreasing the alpha;/ beta; phase ratio due to the increase in fusion temperature, the mean dielectric constant and tangent of the sample loss increased from 4.5 to 9.2 and from 0.099 to 0.22, respectively