SiAlON seramiklerinin mikroyapı ve özelliklerine grafen ilavesinin etkisi

Abstract

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.