Ewolucja mikrostruktury i budowa granicy fazowej Al2O3 - osnowa szkło-krystaliczna w kompozytach z udziałem wiskerów Al18B4O33

• Autorzy: Herman D. , Kminikowska K.

Warianty tytułu

EN

The evolution of microstructure and the structure of phase boundary in Al2O3 – glass-ceramic matrix composites containing Al18B4O33 whiskers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badano wpływ krystalizacji in situ wiskerów Al18B4O33 w kompozytach z tlenku glinu na mikrostrukturę osnowy szklano-krystalicznej. Obecność fazy wiskerowej ma wpływ na procesy dyfuzyjne w granicy fazowej. W jej obszarze kształtuje się odmienna struktura w porównaniu do kompozytu, w którym osnowę stanowi tworzywo szklano-krystaliczne z główną, drobnodyspersyjną fazą ZnAl2O4 i wiskerami Al4B2O9. Na podstawie przeprowadzonej mikroanalizy rentgenowskiej stwierdzono istotne zmiany stężenia głównych pierwiastków tworzących osnowę w obszarze złącza dla poszczególnych kompozytów. W zależności od reakcji na granicy faz i udziału objętościowego wiskerów zmienia się hierarchia strukturalna osnowy w kierunku dominującej fazy Al18B4O33 i zmniejsza się udział MgAl11LaO9 w kompozycie. W zależności od składu fazowego kompozytu i wynikającej z niego mikrostruktury osnowy zmieniają się także właściwości mechaniczne.

EN

The influence of in situ crystallization of Al18B4O33 whiskers on microstructure of the glass-crystalline matrix of alumina composites was examined. The presence of whisker phases has effects on diffusion processes in phase boundaries. A different structure arises within their area in comparison with the composite composed of the glass-crystalline matrix containing the micro-dispersion ZnAl2O4 phase and Al4B2O9 whiskers. On the basis of X-ray microanalysis, significant changes were confirmed in the concentration of main elements constituting the matrix in the bond area for particular composites. Depending on the reaction occurring in the phase boundary and the volume content of whiskers, the structural hierarchy of the matrix changes in the direction of the dominant Al18B4O33 phase, and the content of MgAl11LaO9 decreases in the composite. The mechanical properties also change, depending on the phase composition of the composite and the resultant microstructure of the matrix.

Słowa kluczowe

PL

polikrystaliczny tlenek glinu; wisker; tworzywo szklano-krystaliczne; kompozyt ceramiczny; granica fazowa

EN

polycrystalline alumina; whisker; glass-ceramic composite; phase boundary

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 4
• Strony: 304--310
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Herman D.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Technologii i Edukacji, KFTiN, ul. Śniadeckich 2, 75-453 Koszalin

autor

Kminikowska K.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Technologii i Edukacji, KFTiN, ul. Śniadeckich 2, 75-453 Koszalin

Bibliografia

• [1] Zicheng Li, Zhihong Li, Aiju Zhang, Yumei Zhu: Synthesis and two-step sintering behavior of sol–gel derived nanocrystalline corundum abrasives, J. Eur. Ceram. Soc., 29, (2009), 1337–1345.
• [2] Zicheng Li, Zhihong Li, Aiju Zhang, Yumei Zhu: Synergistic effect of Al2O3 and (NH4)3AlF6 co-doped seed on phase transformation, microstructure, and mechanical properties of nanocrystalline alumina abrasive, J. Alloys Compd., 476, (2009), 276–281.
• [3] Zgłoszenie patentowe nr P.418832 z dnia 2016-09-26.
• [4] Herman, D., Okupski, T., Walkowiak, W.: Crystallization of gahnite in CMAS glass forming system. Mechanism and process kinetics, Adv. Sci. Techn., 68, (2010), 59-64.
• [5] Herman, D., Okupski, T.: Wpływ właściwości granicy fazowej spiekany tlenek glinu-tworzywo szklanokrystaliczne na wytrzymałość mechaniczną narzędzi ściernych z zastosowaniem rozkładu Weibulla, XXXV Szkoła inżynierii materiałowej, AGH Kraków, (2007), 162-170.
• [6] Minghui Chen, Shenglong Zhu, Mingli Shen, Fuhui Wang, Yan Niu: Thermophysical Properties of Alumina Particle Reinforced Glass Matrix Composites, Int. J. Appl. Ceram. Technol., 9, (2012), 1–10.
• [7] Xin Wang, Minghui Chen, Shenglong Zhu, Fuhui Wang: Interfacial reactions between a SiO2\Al2O3\ZnO\CaO based glass and alpha alumina, Surface & Coatings Technology, 232, (2013), 6–12.
• [8] Wei Guo, Tiesong Lin, PengHe, TongWang, Yini Wang: Microstructure evolution and mechanical properties of ZnAl2O4-reinforced Al2O3/Al2O3 joints brazed with a bismuth borate zinc Glass, Materials and Design, 119, (2017), 303–310.
• [9] Chao-Hsien Wu, Chang-Ning Huang, Chao Sun, Cheng Kuan, Pouyan Shen: Directional diffusion-controlled development of spinel interlayer between zinc-orthosilicate glaze and alumina, Ceram. Int., 37, (2011), 1801–1811.
• [10] Minghui Chen, Mingli Shen, Shenglong Zhu, Fuhui Wang, Yan Niu: Glass–alumina composite coatings for high temperature corrosion protection. Part I: Effect of crystallization and interfacial reaction on the thermo-physical properties, Mater. Sci. Eng., A 528, (2011), 3186–3192.
• [11] Herman, D., Bobryk, E., Walkowiak, W.: Efekt wzmocnienia kompozytów ściernych z tlenku glinu wiskersami Al4B2O9, Materiały Ceramiczne, 67, 1, (2015), 37-42.
• [12] Klocke, F., Engelhorn, R., Mayer, J., Weirich, Th.: Micro-Analysis of the Contact Zone of Tribologically Loaded Second-Phase Reinforced Sol-Gel-Abrasives, CIRP Annals, 51, 1, (2002), 245-250
• [13] Smedskjaer, M. M., Youngman, R. E., Mauro, J. C.: Impact of ZnO on the structure and properties of sodium aluminosilicate glasses: Comparison with alkaline earth oxides, J. Non-Crystall. Solids, 381, (2013), 58–64.
• [14] Cetinkaya Colak, S., Akyuz, I., Atay, F.: On the dual role of ZnO in zinc-borate glasses, J. Non-Crystall. Solids, 432, (2016), 406–412.
• [15] Ojha, P. K., Rath, S. K., Sharma, S. K., Sudarshan, K., Pujari, P. K., Chongdar, T. K., Gokhale, N. M.: Free volume of mixed cation borosilicate glass sealants elucidated by positron annihilation lifetime spectroscopy and its correlation with glass properties, J. Power Sources, 273, (2015), 937-944.
• [16] Sasmal, N., Garai, M., Molla, A. R., Tarafder, A., Singh, S. P., Karmakar, B.: Effects of lanthanum oxide on the properties of barium-free alkaline-earth borosilicate sealant Glass, J. Non-Crystall. Solids, 387, (2014), 62–70.
• [17] Weigel, C., Le Losq, C., Vialla, R., Dupas, C., Clément, S., Neuville, D. R., Rufflé, B.: Elastic moduli of XAlSiO4 aluminosilicate glasses: effects of charge-balancing cations, J. Non-Crystall. Solids, 447, (2016), 267–272.
• [18] Sea-Fue Wang, Yung-Fu Hsu, Chieh-Sheng Cheng, Yueh-Chi Hsieh: SiO2-Al2O3-Y2O3-ZnO glass sealants for intermediate temperature solid oxide fuel cells, Int. J. Hydrogen Energ., 38, (2013), 14779 -14790.
• [19] Dittmer, M., Fumi Yamamoto, C., Bocker, Ch., Rüssel, Ch.: Crystallization and mechanical properties of MgO/Al2O3/SiO2/ZrO2 glass-ceramics with and without the addition of yttria, Solid State Sci., 13, (2011), 2146-2153.
• [20] Singh, S., Kalia, G., Singh, K.: Effect of intermediate oxide (Y2O3) on thermal, structural and optical properties of lithium borosilicate, Glassem, J. Mol. Struct., 1086, (2015), 239–245.
• [21] Lee, H. K., Zerbetto, S., Colombo, P., Pantano, C. G.: Glass–ceramics and composites containing aluminum borate whiskers, Ceram. Int., 36, (2010), 1589–1596.
• [22] Shia, Y., Hausherrb, J. M., Hoffmannb, H., Kochaa, D.: Inspection of geometry influence and fiber orientation tocharacteristic value for short fiber reinforced ceramic matrixcomposite under bending load, J. Eur. Ceram. Soc., 37, (2017), 1291–1303.
• [23] Wang Chang-an, Huang Yonga, Zhai Hongxiang: The Efect of Whisker Orientation in SiC Whisker-reinforced Si3N4 Ceramic Matrix Composites, J. Eur. Ceram. Soc., 19, (1999), 1903-1909.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).