Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi

Pinar Uyan; Servet Turan

TR EN

Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, sabit faz oranında, tane sınır faz miktarı %10 azaltılarak, 1775 °C’de, 5 bar basınçta 4 saat sinterlenmiş ve daha düşük maliyetli başlangıç Si3N4 tozu (Silzot) kullanılarak hazırlanmış Y2O3/SiO2/MgO-Si3N4 seramik sisteminde, tane sınır faz miktarının ve dağılımının termal iletkenliğe etkisi incelenmiştir. XRD metoduyla faz analizi, SEM ile görüntü analizleri yapılmıştır. Lazer Flash Metoduyla termal difüziviteler ölçülmüştür. XRD paternlerinde Y2Si3O3N4 ikincil kristalin fazı görülmüştür. Tane sınır fazının azatılmasıyla, sıvı faz miktarı % 11,83’den % 10,6’a, ~% 10,40 azalmıştır. Termal difüzivite 17,29 mm2/sn’den 15,97 mm2/sn’e ~7,64 azalmıştır. Termal iletkenlik, 39,10 W/m.K’den 36,23 W/m.K’e, ~% 7,37 azalmıştır.

Keywords

Termal Difüzivite, Termal İletkenlik, Si3N4, Tane Sınır Fazı

Supporting Institution

Anadolu Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü

Project Number

1004F93

Thanks

Bu çalışma, Pınar UYAN’ın “Yüksek Isıl İletkenliğe Sahip Si3N4 Üretimi ve Karakterizasyonu” başlıklı Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Seramik Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezinin bir bölümüdür ve ‘1004F93 numaralı Bilimsel Araştırma Projesi kapsamında Anadolu Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü’’ tarafından desteklenmiştir.

The Effect of Grain Boundary Phase Amount Change on Thermal Conductivity in Rare Earth Oxide (Y2O3) Dopped Si3N4 Advanced Technology Ceramics

Abstract

In this study, in the fixed phase ratio, the grain boundary phase amount was reduced by 10%, the grain boundary phase amount was determined in the Y2O3/SiO2/MgO-Si3N4 ceramic system, which was sintered at 1775 ° C for 4 hours at 5 bar pressure and prepared by using lower cost starting Si3N4 powder (Silzot). The effect of and distribution on thermal conductivity has been studied. Phase analysis with XRD and image analysis with SEM were performed. Thermal diffusivities were measured with the Laser Flash Method. Y2Si3O3N4 secondary crystalline phase was observed in XRD patterns. With the reduction of the grain boundary phase, the amount of liquid phase decreased from 11.83% to 10.6%, ~ 10.40%. Thermal diffusivity has decreased from 17.29 mm2/s to 15.97 mm2/s by ~ 7.64. Thermal conductivity decreased ~ 7.37% from 39.10 W/m.K to 36.23 W/m.K.

Keywords

Thermal Diffusivity, Thermal Conductivity, Si3N4, Grain Boundary Phases

Project Number

1004F93

References

M. Kitayama, K. Hirao, A. Tsuge, K. Watari, M. Toriyama, and S. Kanzaki, “Thermal Conductivity of β-Si3N4: II, Effect of Lattice Oxygen,” J. Am. Ceram. Soc., 2004.
K. Watari, “High thermal conductivity non-oxide ceramics,” Nippon Seramikkusu Kyokai Gakujutsu Ronbunshi/Journal Ceram. Soc. Japan, 2001.
K. Hirao, Y. Zhou, H. Hyuga, T. Ohji, and D. Kusano, “High thermal conductivity silicon nitride ceramics,” in Journal of the Korean Ceramic Society, 2012, pp. 380–384.
W. D. Callister, Wiley: Materials Science and Engineering: An Introduction, 8th Edition - William D. Callister, David G. Rethwisch. 2010.
G. P. Srivastava, “Theory of thermal conduction in nonmetals,” MRS Bull., vol. 26, no. 6, pp. 445-450., 2001.
K. Watari and S. L. Shinde, “High Thermal Conductivity Materials,” MRS Bull., pp. 440–441, 2001.
P. Uyan and S. Turan, “Effect of Cooling Cycle after Sintering on the Thermal Diffusivity of Y2O3 Doped Si3N4 Ceramics,” Univers. J. Mater. Sci., 2018.
J. S. Haggerty and A. Lightfoot, “Opportunities for Enhancing the Thermal Conductivities of SiC and Si3N4 Ceramics Through Improved Processing,” 2008, pp. 475–487.
F. L. Riley, “Silicon Nitride and Related Materials,” J. Am. Ceram. Soc., 2004.
S. Hampshire, “Silicon nitride ceramics - review of structure, processing and properties,” J. Achiev. Mater. Manuf. Eng., 2007.

E. AYAS, “Mechanical, Electrical and Thermal Properties of α/β SiAlON-SiC Composites Fabricated by Gas Pressure Sintering Method,” Anadolu Univ. J. Sci. Technol. A - Appl. Sci. Eng., vol. 17, no. 5, pp. 812–812, 2016.
K. Watari, K. Hirao, M. E. Brito, M. Toriyama, and S. Kanzaki, “Hot isostatic pressing to increase thermal conductivity of Si3N4 ceramics,” J. Mater. Res., vol. 79, pp. 2485-2488., 1999.
K. Watari, K. Hirao, M. Toriyama, and K. Ishizaki, “Effect of Grain Size on the Thermal Conductivity of Si3N4,” J. Am. Ceram. Soc., 2004.
K. Hirao, K. Watari, H. Hayashi, and M. Kitayama, “High thermal conductivity silicon nitride ceramic,” MRS Bull., 2001.
N. Hirosaki, Y. Okamoto, M. Ando, F. Munakata, and Y. Akimune, “Thermal conductivity of gas-pressure-sintered silicon nitride,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 79, pp. 2978-2982., 1996.
C. P. Gazzara and D. R. Messier, “Deterımınatıon Of Phase Content Of Si3N4 By X-Ray Dıffractıon Analysıs.,” Am. Ceram. Soc. Bull., 1977.
J. Goldstein et al., “Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis - Third Edition,” Springer, 2003.
A. American and N. Standard, “Standard Test Methods for thermal diffusivity of solids by the flash method,” Am. Soc. Test. Mater., 1997.
K. Watari, Y. Seki, and K. Ishizaki, “Temperature dependence of thermal coefficients for HIPped silicon nitride,” Nippon Seramikkusu Kyokai Gakujutsu Ronbunshi/Journal Ceram. Soc. Japan, vol. 97, no. 2, pp. 174–181, 1989.
W. D. Kıngery, “Thermal Conductivity: XII, Temperature Dependence of Conductivity for Single‐Phase Ceramics,” J. Am. Ceram. Soc., 1955.
D. W. Richerson, Modern Ceramic Engineering. 2005.
R. J. Bruls, H. T. Hintzen, and R. Metselaar, “A new estimation method for the intrinsic thermal conductivity of nonmetallic compounds,” J. Eur. Ceram. Soc., 2005.
H. Yokota, H. Abe, and M. Ibukiyama, “Effect of lattice defects on the thermal conductivity of β-Si3N4,” J. Eur. Ceram. Soc., 2003.
W. D. Kingery, H. K. Bowen, and D. R. Uhlmann, Introduction to ceramics (2nd edition). 1976.
S. R. Kushan, I. Uzun, B. Dogan, and H. Mandal, “Experimental and finite element study of the thermal conductivity of α-SiAlON ceramics,” J. Am. Ceram. Soc., 2007.
M. Kitayama, K. Hirao, M. Toriyama, and S. Kanzaki, “Thermal Conductivity of ß-Si3N4: I, Effects of Various Microstructural Factors,” J. Am. Ceram. Soc., 2004.
Y. Lin, X. S. Ning, H. Zhou, K. Chen, R. Peng, and W. Xu, “Study on the thermal conductivity of silicon nitride ceramics with magnesia and yttria as sintering additives,” Mater. Lett., vol. 57, pp. 15-19., 2002.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Materials Engineering (Other)

Journal Section

Research Article

Authors

Pinar Uyan ^*
0000-0003-0411-9773
Türkiye

Servet Turan
0000-0002-7322-3091
Türkiye

Publication Date

September 30, 2022

Submission Date

July 21, 2022

Acceptance Date

August 17, 2022

Published in Issue

Year 2022 Volume: 2 Number: 2

IZ

https://izlik.org/JA75RR86LC

APA

Uyan, P., & Turan, S. (2022). Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi. OMÜ Mühendislik Bilimleri Ve Teknolojisi Dergisi, 2(2), 109-118. https://izlik.org/JA75RR86LC

AMA

1.Uyan P, Turan S. Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi. OMUJEST. 2022;2(2):109-118. https://izlik.org/JA75RR86LC

Chicago

Uyan, Pinar, and Servet Turan. 2022. “Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi”. OMÜ Mühendislik Bilimleri Ve Teknolojisi Dergisi 2 (2): 109-18. https://izlik.org/JA75RR86LC.

EndNote

Uyan P, Turan S (September 1, 2022) Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi. OMÜ Mühendislik Bilimleri ve Teknolojisi Dergisi 2 2 109–118.

IEEE

[1]P. Uyan and S. Turan, “Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi”, OMUJEST, vol. 2, no. 2, pp. 109–118, Sept. 2022, [Online]. Available: https://izlik.org/JA75RR86LC

ISNAD

Uyan, Pinar - Turan, Servet. “Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi”. OMÜ Mühendislik Bilimleri ve Teknolojisi Dergisi 2/2 (September 1, 2022): 109-118. https://izlik.org/JA75RR86LC.

JAMA

1.Uyan P, Turan S. Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi. OMUJEST. 2022;2:109–118.

MLA

Uyan, Pinar, and Servet Turan. “Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi”. OMÜ Mühendislik Bilimleri Ve Teknolojisi Dergisi, vol. 2, no. 2, Sept. 2022, pp. 109-18, https://izlik.org/JA75RR86LC.

Vancouver

1.Pinar Uyan, Servet Turan. Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi. OMUJEST [Internet]. 2022 Sep. 1;2(2):109-18. Available from: https://izlik.org/JA75RR86LC

Tane Sınır Faz Miktari Değişiminin Nadir Toprak Oksit (Y2O3) Katkılı Si3N4 İleri Teknoloji Seramiklerinde Termal İletkenliğe Etkisi

Abstract

Keywords

Supporting Institution

Project Number

Thanks

The Effect of Grain Boundary Phase Amount Change on Thermal Conductivity in Rare Earth Oxide (Y2O3) Dopped Si3N4 Advanced Technology Ceramics

Abstract

Keywords

Project Number

References

Details

Primary Language

Subjects

Journal Section

Authors

Publication Date

Submission Date

Acceptance Date

Published in Issue

IZ

Cite