Si3N4 matriksli SiC kompozitlerinin sinterlenmesinde C veya SiC ilavesinin etkisi
The effects of C and SiC additives for sintering Si3N4 composites
Yazar: CEM ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. NİLGÜN KUŞKONMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Kompozit malzemeler = Composite materials ; Kompozitler = Composites ; Seramik kompozitler = Ceramic composites ; Seramik malzemeleri = Ceramic materials ; Seramik tozları = Ceramic powders ; Seramikler = Ceramics ; Silisyum karbür = Silicon carbide ; Silisyum nitrür = Silicon nitride

Özet:
Bu tez çalışmasında, Si3N4 matriksli SiC kompozitlerinin sinterlenmesinde C veya SiC ilavesinin etkisi araştırılmıştır. İn-situ reaksiyon oluşumu için; Si3N4 ,Y2O3 , AlN, bağlayıcı ve etanol karışımına değişen oranlarda C karası tozu katılarak farklı bileşimlerde numuneler hazırlanmıştır. Ayrıca direkt SiC ilave edilen numunelerde hazırlanarak karşılaştırmalar yapılmıştır. Deneylerin sonucunda elde edilen SiC yapıları incelenerek, farklı C karası yüzdelerinde reaksiyonun gelişimi analizlenmiştir. Deney sıcaklığı, süresi, reaksiyonun gelişimine etki eden faktörler ele alınmıştır.İn-situ reaksiyonların gerçekleşmesi için argon atmosferi altında yüksek sıcaklık grafit fırını kullanılmıştır. Deneylerin sonucunda ß-Si3N4 taneleri üzerinde ve tane sınırlarında parlak yapıda SiC partikülleri elde edilmiştir. Deneylerde C karasının değişen yüzdeleri ve katılan SiC'ün değişen yüzdeleri dışında numunelerde diğer karışım bileşenleri sabit tutulmuştur. Numuneler 2 ana gruba ayrılarak soğuk izostatik pres (CIP) yapılan ve sadece soğuk pres (CP) yapılan numuneler olmak üzere gruplanmıştır. Bu şekilde farklı bir bakış açısıylada sinterlenebilirlik, teorik yoğunluk, yaş yoğunluk gibi değerler incelenmiştir. Deneyler 1850°C' de ve 1700°C' de 1 saat süreyle sinterlenerek yapılmıştır.Tüm deneylerde yoğunluk kavramı üzerinde durulmuştur. Poroz yapıda malzeme üretimi kapsamında ele alınması gereken SiC üretimi için yoğunluk kavramı oldukça önemlidir.CIP yapılan numunelerde yaş yoğunluk ve sinter sonrası yoğunluk değerlerinin en yüksek olduğu sonucuna ulaşılmıştır. CP numunelerinde ise yaş yoğunluk daha düşüktür. SiC ilavesi ile C karası ilavesi yapılan numuneler arasında oldukça büyük porozite farkları vardır. Yüksek C ilaveli numunelerde porozite oranları çok daha yüksektir. Artan C oranı ile porozite artmaktadır.?-ß Si3N4 dönüşümü 1850°C'de ve 1700°C'de 1 saat sinterlenen numunelerde gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of C and SiC additives for sintering Si3N4/SiC composites, was investigated. The experiments were carried out begining from same raw material mixtures but the percentage of C black was only changed.Si3N4 ,Y2O3 , AlN, binding material, and ethenol were placed in the mixtures. Also mixtures with direct SiC additives were also prepared to compare with the carbon black added mixtures. The effects of carbon black percentage in the mixtures were analysed by characterization of SiC particles which were obtained in the Si3N4 matrix. Sintering temperature, time and all the effects on in-situ reaction were studied.The in-situ reaction experiments were carried out in the Tamman High Temperature Furnace under argon atmosphere. The outcome of the experiments were SiC powders which were obtained at the grain boundries of ß-Si3N4 particles. During the experiments, all of the raw materials were kept constant except percentages of SiC and carbon black additives. The first group consists of CIP performed samples, the second group consists of only CP performed samples. With the help of these different types of samples, we were able to investigate the relationship between relative density, yaş density and densification of materials.Experiments were carried out at 1850°C and 1700°C along 1 hour.Density was one of the main subjects in this reactions. It is very important during porous SiC sintering.Green density and relative density were measured higher for CIP samples. Samples which were added carbon black were more porous than SiC added samples. The increase in the carbon black, makes increase in porosity. One of the results of the sintering reactions was the transformation of ?- Si3N4 particles to ß-Si3N4 .