۲۱۷۴۹پ
per
ساخت و بررسی برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی سرامیک نیترید سیلیسیم (Si۳N۴) با ضخامت ۷/۰ میلی‌متر
Fabricating and Investigating Physical and Mechanical Properties of Silicon Nitride (Si۳N۴) with Thickness of ۰.۷mm
/صابر محمدیان
: فنی مهندسی مکانیک
، ۱۳۹۸
، میرزائی
۱۰۷ص
چاپی - الکترونیکی
کارشناسی ارشد
مواد( شناسایی، انتخاب و ساخت مواد مهندسی)
۱۳۹۸/۰۶/۰۹
تبریز
مهم‌ترین قسمت یک چاقوی حرارتی، المان حرارتی آن است .برای این منظور لایه‌ای از سرامیک Si۳N۴ با ضخامت ۷/۰ میلی‌متر با خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب لازم است .لذا در بخش اول این پژوهش، پودر کمک تف‌جوشی لیتیم ایتریم اکسید (LiYO۲) از پودرهای Li۲CO۳ و Y۲O۳ با روش واکنش حالت جامد سنتز شد .آنالیز فازی و ریزساختاری پودر سنتز شده مطالعه و بررسی شد .در بخش دوم پژوهش، روش رسوب‌دهی الکتروفورتیک برای شکل‌دهی سرامیک‌های Si۳N۴ استفاده شد .در این روش بعد از تهیه یک سوسپانسیون پایدار، پودر Si۳N۴ با پودر LiYO۲ به ترتیب با غلظت‌های ۹۵ و ۵ درصد وزنی با روش الکتروفورتیک روی زیرلایه گرافیتی رسوب‌دهی شدند .پوشش‌دهی در ولتاژهای ۴۰ ، ۶۰ ، ۸۰ و ۱۰۰ ولت در زمان‌های ۳ ، ۶ ، ۹ و ۱۲ دقیقه انجام شد .نتایج نشان داد که پوشش با کیفیت مناسب و ضخامت نسبتا "بالا از سوسپانسیونی حاوی mL۵۰ حلال استون و مقدار g/L ۸/۰ پراکنده‌ساز ید، در ولتاژ ۸۰ ولت و زمان رسوب‌دهی ۹ دقیقه به دست آمد .ضخامت این پوشش حدود ۶/۲۵۸ mاست .لذا در ادامه این پژوهش، روش پرس سرد و تف‌جوشی بدون فشار استفاده شد .در این روش، سرامیک‌های Si۳N۴ با مقادیر مختلف۴ ،۸ ،۱۲ ، ۱۶ و ۲۰ درصد وزنی کمک تف‌جوشی LiYO۲ با فرایند پرس سرد تحت فشار MPa۱۰۰ و تف‌جوشی در دماهای OC ۱۶۰۰ به مدت ۳ ساعت و OC ۱۷۰۰ به مدت ۴ ساعت، تحت فشار اتمسفر نیتروژن MPa ۱/۰ آماده شدند .نتایج نشان داد که نمونه‌های تف‌جوشی شده با ۱۶ درصد وزنی افزودنی کمک تف‌جوشی در دمای OC ۱۶۰۰ به مدت ۳ ساعت، چگالی، سختی و چقرمگی شکست بالاتری دارند .با استفاده از روش ارشمیدس بیشترین میزان چگالی مربوط به نمونه تف‌جوشی شده با ۱۶ درصد وزنی افزودنی LiYO۲ در دمای OC۱۶۰۰ به مدت ۳ ساعت، در حدود ۲/۹۴ درصد به دست آمد .هم‌چنین با استفاده از دستگاه سختی‌سنجی ویکرز و آزمون میکروایندنتور، بالاترین سختی و چقرمگی شکست هم در همین نمونه به ترتیب برابر با GPa ۲/۱۱ و MPa.m۱/۲ ۹/۴ به دست آمد
The most important part of a thermal knife is its thermal element. For this purpose, a layer of silicon nitride ceramic with thickness of 0.7 mm and the desirable physical and mechanical properties is required. Therefore, in the first part of this study, lithium yttrium oxide (LiYO2) powder was synthesized, as a sintering aid, from Li2CO3 and Y2O3 powders via solid state reaction. Phase and microstructural analysis of the synthesized powders were studied by XRD and SEM, respectively. In the second part of the research, electrophoretic deposition procedure was used to shape silicon nitride ceramics with thickness of 0.7 mm. In this method, after preparing the stable suspension, silicon nitride powder was co-deposited with lithium yttrium oxide (sintering aid) powder, with weight percentages 95 and 5 respectively, on graphite substrate by EPD. Coating process was carried out at 40, 60, 80 and 100 V for 3, 6, 9 and 12 min. The results of SEM showed that the coating with a good quality and relatively high thickness was obtained from a suspension containing 50 ml of acetone solvent and 0.8 g / l iodine dispersant at 80 V and 9 min deposition time. Thickness of the coating was approximately 258.6 m, which was measured by OM. Thus, afterward, cold press and pressureless sintering were used to fabricate silicon nitride ceramics with thickness of 0.7 mm. In this method the lithium yttrium oxide additives powders at concentrations of 4, 8, 12, 16 and weight percentage of 20 were mixed with the main silicon nitride powder in ethanol medium by satellite milling with zirconia pellets. After drying and sifting the powder mixture, cold pressing was performed under a uniaxial pressure of 100 MPa and then the raw samples were transferred to a high temperature tube furnace equipped with a controlled nitrogen atmosphere system. Sintering operation was carried out at two different conditions: 1600 C for 3 h and 1700 C for 4 h. Phase and microstructural analysis of the sintered products were studied by XRD and SEM, respectively. The results indicated that the samples sintered at 1600 C for 3 hours had higher density, hardness, and fracture toughness than that of the samples sintered at 1700 C for 4 hours. The highest value for relative density (94.2 ) was obtained for the sintered sample with 16 wt sintering aid at 1600 C for 3 hours. The shrinkage rate in this sample, after the sintering process, was about 17/1 . Additionally, in the mentioned sample, the highest hardness and fracture toughness were obtained 11.2 GPa and 4.9 MPa.m1/2, respectively
Fabricating and Investigating Physical and Mechanical Properties of Silicon Nitride (Si۳N۴) with Thickness of ۰.۷mm
محمدیان، صابر
Mohammadian, Saber
خامنه اصل، شاهین، استاد راهنما
قاسمی کاکرودی، مهدی، استاد مشاور
عباس‌پور طالعی، مسعود، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
