بررسی اثر دمای تف‌جوشی بر ریزساختار، خواص مکانیکی و دی‌الکتریک سرامیک‌های نیترید سیلیسیم تهیه شده به روش پرس داغ

سرامیک‌ نیترید سیلیسیم ماده‌ای با خواص مکانیکی، دی‌الکتریک و حرارتی عالی است 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 ریزساختار، خواص مکانیکی و دی‌الکتریک سرامیک‌های نیترید سیلیسیم با افزودنی y2o3 تهیه شده به روش پرس داغ در دماهای مختلف 1500، 1600، 1700 و1800 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت تحت فشار 30 مگاپاسکال 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 از 1500 به 1800 درجه سانتیگراد منجر به درشت‌تر شدن دانه‌های میله‌ای شکل و دستیابی به ریزساختار دوگانه شده و قطر متوسط دانه‌ها از µm 0/7 به µm 1/34 افزایش یافته است. میزان استحکام خمشی نمونه‌ها از رابطه هال - پچ تبعیت می‌نماید و نمونه سینتر شده در دمای 1500 درجه سانتیگراد، با دارا بودن کمترین مقدار قطر متوسط (µm 0/7) در بین سایر نمونه‌ها، بیشترین مقدار استحکام خمشی 530 مگاپاسکال را به خود اختصاص داده است. با افزایش اندازه متوسط دانه‌ها و کاهش نسبت فازی α/β 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.

Investigation of the effect of sintering temperature on the microstructure, mechanical and dielectric properties of silicon nitride ceramics prepared by hot pressing method

Silicon nitride ceramic is a material 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 the microstructure, mechanical and dielectric properties of silicon nitride ceramics with Y2O3 additive prepared by hot pressing at different temperatures of 1500, 1600, 1700 and 1800 ˚C for 4h under 30 MPa pressure 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-messier 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%. The results show that increasing the stiffening temperature from 1500 to 1800 ˚C leads to larger rod-shaped grains and achieves a dual microstructure, and the average grain diameter has increased from 0.7 µm to 1.34 µm. The flexural strength of the specimens follows the Hall-patch relationship and the sintered specimen at 1500 °C, with the lowest average diameter (0.7 µm) among other specimens, has the highest flexural strength of 530 MPa. By increasing the average grain size and decreasing the α/β phase ratio due to the increase in sintering temperature, the mean dielectric constant and loss tangent of the sample increased from 4.5 to 9.2 and from 0.099 to 0.22, respectively.