SiAlON seramiklerinin mikroyapı ve özelliklerine grafen ilavesinin etkisi
The effect of graphene addition to the microstructure and properties of SiAlON ceramics
Yazar: ALPER ÇINAR
Danışman: PROF. DR. SERVET TURAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
SiAlON seramikleri, ileri teknoloji alanlarında yoğun olarak kullanılmasına rağmen halen işlenebilirliğini artırma ve ağırlığını azaltma, ısıl, elektrik ve mekanik özelliklerini iyileştirme ihtiyacı duyulmaktadır. Grafen, sahip olduğu mekanik, ısıl ve elektriksel özelliklerinden dolayı, son yıllarda büyük ilgi görerek Al2O3 ve Si3N4 gibi seramiklerde takviye malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu çalışmada, Grafen ve Grafen ayrıştırma tekniklerinin, SiAlON seramiklerinin mikroyapı ve özelliklerine olan etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, SiAlON seramiklerinin, mekanik özelliklerini kötüleştirmeden, ısıl ve elektriksel özelliklerini arttırmak için SiAlON komposizyonuna ağırlıkça % 2, % 4 ve % 8 oranlarında, sonikasyon ve sonikasyon+mikroakışkanlaştırma teknikleriyle inceltilmiş grafen nano tabakalar (GNP) ilave edilmiştir. GNP katkılı ve saf SiAlON tozlar, aynı şartlar altında spark plazma sinterleme yöntemiyle sinterlenmiştir. X-ışınları difraksiyonu, sertlik ve kırılma tokluğu, ısıl difüzivite, elektriksel ve ısıl iletkenlik ölçümleri farklı yönlerde gerçekleştirilmiştir. Numuneler farklı tekniklerle hazırlanarak, taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, GNP plakalarını birbirinden ayırmada mikroakışkanlaştırma tekniğinin sonikasyon tekniğine göre daha başarılı olduğunu ve bunun sonucu olarak da, iyi homojenleştirilmiş GNP'lerin SiAlON mikroyapsında homojen bir şekilde dağıldığını göstermiştir. GNP katkısıyla, SiAlON seramiklerinin elektrik ve ısıl özellikleri ile kırılma tokluğu iyileşirken, sertliğin düştüğü gözlenmiştir. Ayrıca, GNP plakalarının, mikroyapıda sinterleme basıncına dik yönlenmelerin, anizotropik iletkenlik ve mekanik özelliklere yol açtığı da belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Isıl ve Elektriksel İletkenlik, SiAlON, GNP, Mikroakışkanlaştırıcı, Sonikasyon

Abstract:
SiAlON ceramics are intensively used in advanced technology areas but still there is a need to improve the thermal, electrical and mechanical properties of these materials in addition to enhancing the machinability and reducing the weight. Graphene, attracted tremendous attention owing to its exceptional mechanical, thermal and electrical properties. In recent years, to improve properties of the ceramics like Al2O3 and Si3N4, graphene was used as a reinforcing material. In this study, the effect of graphene addition and the graphene exfoliation techniques to the microstructure and properties of the SiAlON ceramics were investigated. For his purpose, in order to increase the thermal and electrical properties of SiAlON ceramics without degrading the mechanical properties, 2 wt. %, 4 wt. % and 8 wt. % graphene nano platelets (GNP) were dispersed by sonication and sonication+microfluidization techniques. Then, graphene containing and pure SiAlON samples were densified in spark plasma sintering furnace. Measurements of the hardness and fracture toughness, thermal diffusivity, electrical and thermal conductivity and the X-ray diffraction analysis were performed from different directions on the sintered samples. Then, the samples were prepared by using different techniques and were investigated in scanning electron microscope. According to the results, the microfludization technique is more effective than sonication technique to exfoliate graphene platelets and also give a better dispersion and homogenisation of GNPs in SiAlON microstructure. With the addition of GNPs, electrical, thermal conductivity and fracture toughness were increased, whereas the hardness was decreased. It is also determined in the microstructure that, the graphene platelets were oriented perpendicular to the sintering pressure direction which caused anisotropy on the conductivity and the mechanical properties of the SiAlON-graphene composites.

Keywords: Thermal and Electrical