بررسی خواص الکترومغناطیسی کامپوزیت si3n4/bas/bn تف‌جوشی شده به روش پلاسمای جرقه‌ای

نیترید سیلیسیم دارای خواص مطلوب مکانیکی و خواص الکترومغناطیسی است. بدلیل ضریب دی‌الکتریک و تانژانت اتلاف پایین در دسته مواد شفاف امواج الکترومغناطیسی طبقه‌بندی شده و کاندیدای مناسبی برای ساخت تجهیزات مخابراتی محسوب می‌شود. تف‌جوشی نیترید سیلیسیم بدلیل ضریب نفوذ در خود پایین و پیوندهای کووالانسی قوی، با مشکلات فراوانی همراه است. در این پژوهش کامپوزیت سازی نیترید سیلیسیم با نیترید بور/ آلومینوسیلیکات باریم (si3n4/bas/bn) با نسبت وزنی 70 به 30 درصد وزنی به روش تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای (sps) انجام شد. نیترید بور به عنوان ماده شفاف امواج الکترومغناطیسی در پنجره آنتن‌ها کاربرد فراوان دارد. این ماده در مقادیر میزان 3، 6 و9 درصد وزنی به کامپوزیت اضافه شد. برای ترکیبات مختلف دارای صفر، 3، 6 و 9 درصد وزنی نیترید بور، میانگین ضریب دی الکتریک به ترتیب با مقادیر 6، 5.2، 6.2 و 7.1 و میانگین تانژانت اتلاف به ترتیب 0.002، 0.002، 0.004 و 0.1 در فرکانس‌های باند x، با آزمون تحلیلگر شبکه بردار فرکانس رادیویی (vna) اندازه‌گیری شد. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز فازی توسط پراش پرتو ایکس نشان داد که افزودن bn بیش از 3 درصد وزنی باعث رشد بیشتر دانه‌های β-si3n4 با مکانیزم انحلال، نفوذ و رسوبگذاری (sdp) شده و و منجر به افزایش ضریب دی الکتریک و تانژانت اتلاف می‌شود. نمونه بهینه p50bn3 حاوی 3 درصد وزنی bn که تحت فشار مکانیکی نهایی 50 مگاپاسکال زینتر شده با تانژانت اتلاف 0.002 در 38% فرکانس‌های باند x خواص الکترومغناطیسی بهتری از خود نشان داد.

Investigation of electromagnetic properties of Si3N4/BAS/BN composite by a spark plasma sintering method.

Silicon nitride has favorable mechanical properties and electromagnetic properties. Due to its low dielectric and tangent coefficient, it is classified as a transparent material for electromagnetic waves and is a suitable candidate for the construction of telecommunication equipment. Silicon nitride crosslinking is associated with many problems due to its low self-diffusion coefficient and strong covalent bonds. In this study, silicon nitride was composed of boron nitride / barium aluminosilicate (Si3N4 / BAS / BN) with a weight ratio of 70 to 30% by weight by the ignition plasma quenching (SPS) method. Boron nitride is widely used as a transparent material for electromagnetic waves in antenna windows. This material was added to the composite in amounts of 3, 6 and 9% by weight. For different compounds with zero, 3, 6 and 9% by weight of boron nitride, the mean dielectric coefficients are 6, 5.2, 6.2 and 7.1, respectively, and the mean loss tangents are 0.002, 0.002, 0.004 and 0.1 in the X-band frequencies, respectively. Radio Frequency Vector Analyzer (VNA) test was measured. Microstructural studies by scanning electron microscopy and fuzzy analysis by X-ray diffraction showed that the addition of BN more than 3% by weight caused more growth of β-Si3N4 granules by dissolution, diffusion and deposition (SDP) mechanism and increased the dielectric coefficient. And the tangent is lost. The optimal sample of P50BN3 containing 3% by weight BN, which was sintered under a final mechanical pressure of 50 MPa with a loss tangent of 0.002 at 38% of the X-band frequencies, showed better electromagnetic properties.