Effect of Cooling Cycle after Sintering on the Thermal Diffusivity of Y₂O₃ Doped Si₃N₄ Ceramics

Abstract

As a result of the studies that have been made for increasing the thermal conductivity of Si 3 N 4 , increasing thermal conductivity values have paved the way for the technologic applications such as using the Si 3 N 4 in electronic devices as heatsink and substrate. Two important parameters such as density and grain boundary phase that affect the thermal conductivity of the Si 3 N 4 ceramics are based on the sintering additives and techniques. Exposure time to gas applied in the sintering and cooling cycle after sintering are the critical factors that affect the intergranular phase crystallization. In this study, the effect of Y 2 O 3 doped Si 3 N 4 ceramics and different cooling cycle after gas-pressure sintering to the phase crystallization and thermal diffusivity was researched. The samples were subjected to two different cooling cycles after sintering. The thermal diffusivity value of the sample applied by slow cooling cycle is 17.79 mm 2 /sec, the sample applied by rapid cooling cycle is 16.2 mm 2 /sec. As a result of slow cooling cycle, the crystallization has increased but thermal diffusivity has decreased at the rate of ~ 8.94%.

Mikronaltı Boyutlu Başlangıç Tozuyla Üretilen Si3N4 Seramiklerde Sinterleme Proses Çevriminin Termal İletkenliğe Etkisi ve Yüzey Karakterizasyonu

“…Mikroyapıdaki fazların türü miktarı ve dağılımı termal iletkenliği etkilediğinden [18][19][20][21], incelenmesi önemlidir. Sinterlemede farklı soğutma hızlarının termal difüziviteye etkisinin incelendiği tek bir çalışmada, bu çalışmadan farklı faz oranlarına sahip (%10 β) ve 1µm'den büyük tane boyutlu başlangıç tozları kullanılmıştır [22]. Bu çalışma kapsamında ise, daha yüksek iletkenlik elde etmek amacıyla numuneler, ince tane boyutuna sahip (<1 µm) ve %2 β içeren başlangıç Si 3 N 4 tozuna Y 2 O 3 ilave edilerek basınçlı sinterleme yöntemi ile üretilmiştir.…”