پديد آورنده :
رضازاده، محمد
عنوان :
بهينه سازي پارامترهاي موثر در سنتز Si2N2O به روش تف جوشي پلاسماي جرقه اي و ارزيابي رفتار اپتيكي آن
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان، دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مواد
صفحه شمار :
چهارده، 126ص.: مصور
استاد راهنما :
رحمت اله عمادي
استاد مشاور :
احمد ساعتچي، علي قاسمي
توصيفگر ها :
سيليكون اكسي نيتريد , گاف نواري , ثابت دي الكتريك , نشر فوتولومينانس
استاد داور :
احمد منشي، مهدي رنجبر، رضا شجاع رضوي
تاريخ ورود اطلاعات :
1394/12/16
كد ايرانداك :
ID846 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده سيليكون اكسي نيتريد داراي خواص ذاتي مناسب همچون گاف انرژي بزرگ ثابت دي الكتريك مناسب و تانژانت اتالف كم است ايمن ويژگي ها نشان مي دهد كه اين تركيب مي تواند در كاربرد هاي اپتيكي استفاده شود به علت دماي تف جوشي باال و ضريب نفموذ پمايين ساخت نمونه توده اي چگال از اين تركيب همواره مورد چالش بوده است استفاده از فرايند تف جوشي پالسمماي جرقمه اي SPS ممي تواند جهت تف جوشي نمونه Si2N2O با چگالي نزديك به چگالي تئوري به كار گرفته شود هدف از اين پژوهش سنتز Si2N2O و ساخت نمونه توده اي از اين تركيب با هدف بررسي مكانيزم هاي حاكم در سنتز و خواص فيزيكي و اپتيكي آن است بدين منظور مخلوط پودري با نسبت مولي مساوي از 4 Si3N و 2 SiO به هممراه افزودنمي هماي MgO و 3 Y2O در درصمد هاي مختلف آماده شد تف جوشي در زمان ها و دماهاي مختلف به وسيله فرايند تف جوشي پالسمايي جرقه اي و تف جوشي بدون فشار انجام شد جهت بررسي هاي فازي از آزمون پراش پرتو ايكس استفاده شد بررسي هاي ميكروسكوپي به وسيله آزمون هاي ميكروسكوپي الكتروني روبشي گسيل ميداني و ميكروسكوپي الكتروني عبوري انجام شد آزمون FTIR و رامان جهت مشخصه يابي گروه هماي پيونمدي انجام شد خواص فيزيكي پودر هاي فراوري شده و نمونه هاي سنتز شده و اثرات افزودني روي آن به وسيله آزممون هماي طيمف سمنجي فوتو لومينسانس و بازتاب پخشي ارزيابي شد نتايج نشان داد تشكيل فاز Si2N2O بدون حضور افزودني حتي در زمان هاي طوالني نيز امكان پذير نيست حضور MgO در درصد هاي وزني كمتر 2 درصد وزني از آنچه تاكنون گزارش شده است در مقايسه با فرايند پرس گرم در فرايند SPS منجر به تشكيل كامل فاز Si2N2O شد فاز Si2N2O در نمونه داراي 2 درصد وزني MgO پس از تف جوشي به روش SPS در دماي 1579 درجه سانتي گراد به مدت 12 دقيقه در حدود 16 درصد وزني كل ساختار را تشكيل داد تف جوشي بدون فشار پس از فرايند SPS به مدت 13 دقيقه در دماي 1179 درجه سانتي گراد موجب تكميل فرايند رشد فاز Si2N2O و ايجاد يك ساختار تك فاز گرديد فرايند مذكور موجب ايجاد چگالي نزديك به 119 درصد به نسبت چگالي تئوري فاز Si2N2O شد تخمين گاف نواري فاز Si2N2O به وسيله آزمون DRS نشان داد كه Si2N2O داراي گاف نواري در حدود 5 3 eV است سطوح انرژي مياني در گاف انرژي اين فاز ديده نشد در طول موج هاي تحريك 523 و 115 نانومتر كه فوتون فرودي انرژي كمتري از گاف نواري فاز Si2N2O دارد هيچ اثر فوتو لومينسانسي ديده نشد در طول موج تحريك 132 نانومتر طيف نشري داراي نشر قوي در ناحيه رنگ آبي 559 نانومتر بود اين نشر ناشي از برانگيختگي در گاف نواري است نتايج آزمون نشر و DRS مبين آن است كه هيچ تراز انرژي مياني در گاف نواري ساختار الكتروني فاز Si2N2O سنتز شده وجود نداشت قسمت حقيقي تراوايي فاز Si2N2O در فركانس 29 تا 19 گيگاهرتز بين 7 تا 5 7 بود تانژانت زاويه تلفات tan اين فاز نيز در همين محدوده فركانس در حدود 3711 1 ثبت شد خواص فيزيكي و نوري اندازه گيري شده اين فاز بدون دخالت عوامل فرايندي همچون تخلخل و عوامل ساختاري مانند ناخالصي فاز ثانويه و عناصر دوپ شده در ساختار Si2N2O بدست آمده اند و مي توان آن ها را به عنوان خواص نزديك به خواص ذاتي اين فاز در نظر گرفت خواص دي الكتريك اين فاز استفاده از آن را به عنوان پنجره الكترومغناطيس در محدوده فركانس گيگاهرتز ممكن مي كند همچنين نشر قوي اين فاز در ناحيه رنگ آبي نشان دهنده قابليت اين فاز براي استفاده به عنوان يك نشر دهنده مناسب است كلما كليدي سيليكون اكسي نيتريد تف جوشي پالسماي جرقه اي گاف نواري ثابت دي الكتريك نشر فوتو لومينسانس
چكيده انگليسي :
Reactive synthesis of Si2N2O by spark plasma sintering and evaluation of optical properties Mohammad Rezazadeh m rezazadeh@ma iut ac ir Date of Submission 09 01 2016 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan Iran st Supervisor Rahmatollah Emadi Associate Professor remadi@cc iut ac ir1advisor Ahmad saatchi Professor advisor Ali Ghasemi Associate ProfessorKeyvan Raeissi Departement Graduate Program CoordinatorAbstractSi2N2O is considered as a new great potential structural functional candidate in place of Si 3N4 Theamorphous Si3N4 nanopowder was incorporated into silica sol by adding of MgO and Y2O3 assintering aid Synthesized powders were heated by spark plasma sintering at a heating rate of 100o C min yielded fully dense compacts at 1550 and 1750 oC for 40 min The phase formation ofsamples was characterized by X ray diffraction technique and Raman spectroscopy Themicrostructure was studied by field emission scanning electron microscopy equipped by energydispersive X ray spectroscopy Optical emissivity of Si2N2O phase was investigated byphotoluminescence spectroscopy The obtained results confirm that employing MgO in compare tothe Y2O3 could promote the fabrication of a fully dense pure Si2N2O specimen by SPS at muchshorter time than conventional sintering Si2N2O have a strong stable blue emission band centeredat 455 nm with excitation wavelengths of 240 nm Keywords Si2N2O Spark plasma sintering reaction sintering Optical emittion 1 IntroductionCompounds in the Si O N system exhibit excellent thermal chemical and mechanicalstability as well as high diffusion barrier and good dielectric properties 1 Siliconoxynitride Si2N2O is a unique compound in the Si3N4 SiO2 system and reflects anexcellent oxidation resistance at severe conditions for high temperature structural purposes 2 4 In addition it possesses very low theoretic density 2 81 g cm3 high hardness HV 17 22GPa low thermal expansion coefficient 3 5 10 6 K 1 good thermal shock resistance andhigh thermodynamic stability temperature about 1800 C 5 8 Recently based on abinitio calculations Goumri Said et al 9 predicted that Si2N2O possessed low dielectricconstant However there are not enough experimental results to evaluate this conclusionmainly because of difficulty of the bulk Si2N2O synthesis
استاد راهنما :
رحمت اله عمادي
استاد مشاور :
احمد ساعتچي، علي قاسمي
استاد داور :
احمد منشي، مهدي رنجبر، رضا شجاع رضوي
