LTCC ve radom uygulamaları için kompozisyon olarak tasarlanmış cam/seramik/nano-dolgu kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu

Bu çalışmada, fonksiyonel ve yapısal uygulamalar için (SiO2-Al2O3-CaO bazlı) cam/seramik/(ve nano dolgu (hegzagonal bor nitrür, alüminyum nitrür)) kompozitlerin mekanik, termal ve dielektrik özelliklerinin optimize edilmesi araştırılmıştır. İlk olarak Al2O3/ağırlıkça yüzde 55 cam bileşimi seçilmiş ve ardından kompozisyon tasarımı ile genel fiziksel özelliklerin iyileştirilmesi tamamlanmıştır. Bu sebeple, öncelikle alümina yerine müllit ve ayrıca nano dolgu malzemeleri (örneğin, plaka şeklinde nano hegzagonal bor nitrür parçacıklar veya nano alüminyum nitrür tozlar) eklenmiştir. Kompozitlerin yoğunlaşma, faz oluşumu, mikroyapı gelişimi, mekanik (sertlik, eğilme mukavemeti, elastik sabit), dielektrik (dielektrik sabiti ve kayıp) ve termal (termal iletkenlik, termal genleşme katsayısı) özellikleri, cam miktarı (ağırlıkça yüzde10-60), nano dolgu miktarı (ağırlıkça yüzde 1-10) ve kristal fazların (müllit veya alümina) bir fonksiyonu olarak incelenmiştir. Yoğunlaştırma mekanizması, ağırlıkça yüzde 10-30 cam miktarı için sıvı faz sinterleme ve ağırlıkça yüzde 50-60 cam miktarı için ise viskoz sinterleme metodu ile olmuştur. Nano dolgu alüminyum nitrür ve hegzagonal bor nitrür malzemeleri, diğer fazlarla kimyasal olarak reaksiyona girmemiştir ve sinterleme sıcaklıkları 950 ºC'nin altında olduğu için faz değişimi olmamıştır. Kapalı gözeneklilik, nano dolgu katkılı kompozitler için kritik bir parametre olduğu saptanmıştır. Sonuçlar, düşük sıcaklıkta birlikte pişirilen seramikler (müllit/ağırlıkça yüzde 55cam/ağırlıkça yüzde10 hBN; 900 °C'de sinterlemeden sonra kütle yoğunluğu=2.3 g/cm3, 5 MHz'de dielektrik sabit (kayıp) = 5.13 (0.003), 25 °C'de termal iletkenlik = 1.91 W/m·K, termal genleşme katsayısı= 4,89 ppm /°C, eğilme mukavemeti=71 MPa ve elastik modül= 71 GPa) ve radom (müllit/ağırlıkça yüzde 20 cam; 1450°C'de yüksek sinterleme sıcaklığı ve 162°C olan yüksek termal şok direnci parametresi ve 5 MHz'de dielektrik sabit (kayıp)=7.12 (0.0025) (ve dielektrik sabit=5.9 4–10 GHz'de), termal iletkenlik=3.72 W/m·K, termal genleşme katsayısı=4.27 ppm/°C, eğilme mukavemeti=180 MPa, elastik modül=189 GPa) gibi bazı potansiyel yapısal ve fonksiyonel uygulamalara uygunluk açısından değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ticari ürünler ile kıyaslanabilir seviyede olduğu bulunmuştur. Son olarak düşük sıcaklıkta birlikte pişirilen seramikler ve radom prototipleri, sırasıyla şerit dökümü ve jel döküm yöntemleri ile başarılı bir şekilde üretilmişlerdir. Anahtar Kelimeler: Düşük sıcaklıkta birlikte pişirilen seramik, radom malzeme, dielektrik özellikler, termal özellikler, mekanik özellikler