• شماره ركورد
    34110
  • پديد آورنده

    فرهود حيدري

  • عنوان
    بررسي تاثير افزودني ها و عوامل فرآيندي بر ريزساختار، خواص مكانيكي و دي الكتريكي كامپوزيت Si3N4- BAS
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مواد و متالورژي
  • سال تحصيل
    1396
  • تاريخ دفاع
    1404/8/24
  • استاد راهنما
    سيد محمد ميركاظمي
  • استاد مشاور
    بيژن افتخاري يكتا- سيد سلمان سيد افقهي
  • دانشكده
    مهندسي مواد و متالورژي
  • چكيده
    هدف از اين پژوهش ساخت بدنه هاي كامپوزيتي شيشه‌سراميك Si3N4/ BaO- Al2O3- SiO2 (BAS) حاوي افزودني هاي تيتانيا و زيركونيا و داراي فاز سلسيان، با استحكام خمشي بالا و شفافيت در برابر امواج الكترومغنلطيسي بوده است. زينتر پلاسمائي جرقه اي (SPS) نمونه ها تحت اتمسفر نيتروژن در دماهاي 1350، 1450 و 1550 درجه سانتي گراد انجام گرفته و تاثير عمليات حرارتي بر فازهاي بلوري، ريزساختار، استحكام خمشي و دي الكتريكي كامپوزيت بررسي شده است. مطالعه رفتار حرارتي و تبلور شيشه ها در فرآيند زينتر، ارزيابي گرديده است. مشخصه يابي نمونه ها توسط طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR)، DTA، ديلاتومتري (DL)، پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، استحكام سنج خمشي سه نقطه اي و آناليزگر شبكه برداري (VNA) انجام گرفت. پيك هاي حاصل از FTIR و نتايج حاصل از ديلاتومتري شيشه ها، بيانگر نقش تيتانيا بعنوان دگرگون ساز و نقش زيركونيا بعنوان شبكه ساز در شيشه بوده و بر اساس نتايج حاصل از XRD و تصاوير SEM، در شيشه هاي حاوي زيركونيا و تيتانيا، فاز سلسيان متبلور گرديد. ريزساختار نمونه هاي كامپوزيتي زينتر شده در دماي 1350 درجه سانتي گراد، عمدتا از دانه هاي هم محور فاز α-Si3N4 و فاز شيشه اي تشكيل شده بود و با افزايش دماي زينتربه 1450 و 1550 درجه سانتي گراد ، دانه هاي چند وجهي β-Si3N4 متبلور گرديد. چگالي نسبي در نمونه هاي حاوي زيركونيا و تيتانيا با افزايش دماي زينتر، به ترتيب از 32/79 درصد به 61/94 درصد و از 58/67 درصد به 55/80 درصد افزايش يافته و استحكام خمشي نيز به ترتيب از 23/120 مگاپاسكال به 36/558 مگاپاسكال و از 88/61 مگاپاسكال به 39/202 مگاپاسكال افزايش يافته است. نمونه هاي كامپوزيتي زينتر شده در دماي 1550 درجه سانتي گراد، بر اساس نتايج حاصل از DTA به مدت 1 ساعت در اتمسفر نيتروژن در دماي 1500 درجه سانتي گراد، تحت عمليات حرارتي قرار گرفته اند. بر اساس نتايج حاصل از XRD، عمليات حرارتي منجر به افزايش ميزان فاز β-Si3N4 گرديده و فاز سلسيان (BaAl2Si2O8) نيز مشاهده شده است، علاه بر آن، در كامپوزيت حاوي زيركونيا و تيتانيا به ترتيب فازهاي ZrN) ، (ZrSiO4 و TiN) ، (BaTiO3 نيز مشاهده گرديده اند. عمليات حرارتي منجر به افزايش دانسيته نسبي و استحكام خمشي در نمونه حاوي زيركونيا به ترتيب از 61/94 درصد به 44/98 درصد و از 36/558 مگاپاسكال به 71/652 مگاپاسكال و در نمونه حاوي تيتانيا به ترتيب از 55/80 درصد به 49/81 درصد و از 39/202 مگاپاسكال به 84/281 مگاپاسكال گرديده است. ميانگين تانژانت اتلاف دي الكتريك در محدوده فركانسي 4/12 -2/8 گيگاهرتز با انجام عمليات حرارتي در نمونه كامپوزيتي حاوي زيركونيا، از 14/0 به 009/0 و در نمونه حاوي تيتانيا، از 48/0 به 028/0 كاهش يافته است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/09/10
  • عنوان به انگليسي
    Investigation of the Effect of Additives an‎d Processing Parameters on the Microstructure, Mechanical an‎d Dielectric Properties of Si3N4- BAS Composite
  • تاريخ بهره برداري
    11/15/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    فرهود حيدري

  • چكيده به لاتين
    The present study aimed to fabricate Si₃N₄/BaO–Al₂O₃–SiO₂ (BAS) glass–ceramic composite bodies containing titania an‎d zirconia additives with a celsian crystalline phase, high flexural strength, an‎d transparency to electromagnetic waves. Spark plasma sintering (SPS) was carried out under a nitrogen atmosphere at 1350, 1450, an‎d 1550 °C, an‎d the effects of heat treatment on crystalline phases, microstructure, flexural strength, an‎d dielectric behavior of the composites were investigated. The thermal behavior an‎d crystallization process of the glasses during sintering were also eva‎luated. Characterization was performed using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), differential thermal analysis (DTA), dilatometry (DL), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), three-point bending tests, an‎d a vector network analyzer (VNA). FTIR spectra an‎d dilatometry results revealed that titania acted as a glass modifier, while zirconia functioned as a network former. According to XRD patterns an‎d SEM micrographs, the celsian (BaAl₂Si₂O₈) phase crystallized in the glasses containing zirconia an‎d titania. The microstructure of composites sintered at 1350 °C consisted mainly of equiaxed α-Si₃N₄ grains an‎d a glassy phase, while at 1450 an‎d 1550 °C, polyhedral β-Si₃N₄ grains appeared. The relative density of the zirconia- an‎d titania-containing composites increased from 79.32% to 94.61% an‎d from 67.58% to 80.55%, respectively, with increasing sintering temperature. The corresponding flexural strengths increased from 120.23 MPa to 558.36 MPa an‎d from 61.88 MPa to 202.39 MPa. Composites sintered at 1550 °C were subsequently heat-treated at 1500 °C for 1 h under nitrogen, based on DTA results. XRD analysis confirmed that heat treatment enhanced β-Si₃N₄ formation an‎d celsian crystallization. Additionally, ZrN, ZrSiO₄, TiN, an‎d BaTiO₃ phases were detected in zirconia an‎d titania containing composites, respectively. Heat treatment improved the relative density an‎d flexural strength of the zirconia containing composite from 94.61% to 98.44% an‎d from 558.36 MPa to 652.71 MPa, respectively, an‎d of the titania-containing composite from 80.55% to 81.49% an‎d from 202.39 MPa to 281.84 MPa. The average dielectric loss tangent (tan δ) in the 8.2–12.4 GHz frequency range decreased from 0.014 to 0.009 for the zirconia-containing composite an‎d from 0.048 to 0.028 for the titania-containing composite after heat treatment.
  • كليدواژه هاي فارسي
    كامپوزيت نيتريد سيليسيم/ شيشه , سلسيان , استحكام خمشي , خواص دي الكتريك
  • كليدواژه هاي لاتين
    Si₃N₄/glass composite , celsian , flexural strength , dielectric properties
  • Author
    Farhood Heydari
  • SuperVisor
    Seyed Mohammad Mirkazemi