Si3N4/SiC kompozitlerinin spark plazma sinterleme (SPS) prosesi ile üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında matriks malzemesi olarak kullanılan silisyum nitrür, sert metallerden daha yüksek sertlik ve kimyasal kararlılık gösterir. Ancak monolitik silisyum nitrür ürünlerinde kırılma tokluğu değerleri çok düşüktür. Yapıya silisyum karbürün partikül veya visker olarak eklenmesiyle Si3N4'ün kırılma tokluğu artar. Silisyum nitrür-silisyum karbür kompozitler, türbin, otomotiv parçaları gibi yüksek sıcaklık uygulamalarında yüksek mukavemet, tokluk, sürünme mukavemetleri gibi özellikleri nedeniyle kullanılırlar.Bu çalışmada yeni bir yöntem olan spark plazma sinterleme metodu kullanılarak Si3N4/ SiC kompozit üretimi üç farklı yöntem kullanılarak yapılmıştır. kullanılmıştır. İlk yöntemde Si3N4 yüzeyindeki SiO2 ile farklı oranlarda ilave edilen C karası reaksiyonu sonucu Si3N4/ SiC kompozit üretimi amaçlanmıştır. İkinci yöntemde Si3N4 matriks içerisine farklı oranlarda SiO2-C ilave edilerek reaktif sinterlerleme yöntemi ile yapıda SiC'ün üretimi hedeflenmiştir. Üçüncü yöntem olarak Si3N4 matriks içine SiC tozu doğrudan ilave edilerek Si3N4/SiC kompozit üretimi gerçekleştirilmiştir. Sinterleşmeyi kolaylaştırıcı katkı maddesi olarak ağırlıkça % 5 Y2O3 ve ağırlıkça % 5 AlN ilavesi yapılmıştır. Çalışma boyunca farklı bileşim, sinterleme sıcaklığı ve farklı basınçlar denenmiştir. Her üç yöntemde elde edilen toz karışımları spark plazma sinterleme cihazında farklı sinterleme sıcaklıklarında (1650-1700 0C) ve farklı sinterleme basınçlarında (20-30-40 MPa) 5 dakika süre ile sinterlenmişlerdir. Elde edilen numunelerde faz analizleri ve karakterizasyon çalışmaları XRD,EDX,SEM,TEM gibi analiz cihazları kullanılarak yapılmıştır. Sinterlenmiş numunelerde yoğunluklarının ölçümü Arşimed prensibine göre yapılmış, mekanik özellikler üç nokta eğme ve mikrosertlik yöntemleri kullanılarak saptanmıştır. İçerdikleri faz mekanik, metalografik karakterizasyonları yapılmıştır. Bu yöntemler arasında en verimli sonuçlar takviye fazı SiC kullanılarak üretilen Si3N4/ SiC kompozit numunelerden elde edilmiştir. Buna göre en yüksek sertlik 22,5 GPa, kırılma tokluğu olarak 6,2 MPa.m1/2, % 99 teorik yoğunluk değerlerine ulaşılmıştır.