Yüksek ısıl iletkenliğe sahip silisyum nitrür üretimi ve karakterizasyonu
The production and characterization of silicon nitride having high thermal conductivity
Yazar: PINAR UYAN
Danışman: PROF. DR. SERVET TURAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Si3N4 seramikler, ısıl iletkenliğin önemli olduğu, elektrik gücünü dönüştürebilen ve etkin şekilde kontrol edebilen elektronik cihazlar, endüstriyel robotlar dahil çeşitli uygulamalarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Elektronik devrelerde cihazın performansını, malzemelerin sahip olduğu mekanik ve ısıl özellikler belirlemektedir. Oluşan yüksek ısıl iç gerilmeler seramik altlıklarda çatlak oluşmasına neden olurlar. Bu nedenle hem yüksek mukavemet hem de yüksek ısıl iletkenlik ayrıca elektriksel yalıtkanlık bu altlıklar için gereklidir.
 Bu doktora tezinde, Al2O3 ve AlN gibi malzemelerin kullanıldığı, ısıl iletkenlik ve elektriksel yalıtkanlık özelliklerinin bir arada kullanımının önemli olduğu alanlarda alternatif olabileceği düşünülen, düşük maliyetli Si3N4 seramik üretim parametrelerinin belirlenmesi ve üretilen bu ürünlerin karakterizasyonunun yapılması amaçlanmıştır. Si3N4 seramiklerin üretiminde yaygın kullanılan pahalı UBE Si3N4 tozuna alternatif, ekonomik Silzot ve Yantai tozları kullanılarak, toz türü, tane boyutu gibi başlangıç toz parametrelerinin, sinterleme tekniği, sinterleme sıcaklığı, süresi, basıncı, sinterleme sonrası ısıl işlem gibi proses parametrelerinin, Y2O3, Yb2O3 gibi sinterleme ilave türleri ve SiC gibi ısıl iletkenliği yüksek ikincil fazların, tane sınır fazlarının amorf veya kristalin olması gibi içyapıyı değiştiren parametrelerin, Si3N4 seramiklerinin ısıl özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. 
Çalışmalar sonucunda, en fazla SiC ilavesi ve sinterleme sıcaklığının yani yoğunluğun ve tane büyümesinin ısıl iletkenliği arttırdığı, kristalin fazların ise düşürdüğü tespit edilmiştir.

Abstract:
Si3N4 ceramics are widely used various applications such as electronic devices and industrial robots. This devices capable of converting electrical power and which can control effectively. Mechanical and thermal properties of materials determine performance of the device in the electronic circuit. Internal stresses due to the high heat causes crack initiation in the ceramic substrates. Therefore, high strength, high thermal conductivity and electrical insulation are necessary for this substrates. 
In this thesis, cost effective Si3N4 powders were used instead of Al2O3 and AlN which are used in both thermal conductivity and insulation applications. Also, determination of fabrication parameters and their characterizations were purposed. Economic Silzot and Yantai Si3N4 powders were used as alternative powder instead of expensive UBE powder. Effect of the powder type, particle size, sintering method, sintering temperature, time and pressure on thermal conductivity were investigated. Moreover, effect of the heat treatment after sintering, sintering additives as Y2O3 and Yb2O3 on thermal properties was analyzed. 
Finally, addition of high thermal conductive secondary phases as SiC, effect of the amorphous and crystalline grain boundary phases on thermal properties was determined. 
As a result of study, thermal conductivity of the silicon nitride ceramics has been increased with SiC addition and sintering temperature (due to high density and grain growth). Also, thermal properties were decreased with the crystalline phases.