Wpływ glino-borowych wiskerów na strukturę pozostałości amorficznej matrycy szklano-ceramicznej w kompozytach z Al2O3

• Autorzy: Herman D.

Warianty tytułu

EN

The influence of aluminium borate whiskers on the structure of residue amorphous glass ceramic matrix composites made of Al2O3

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Z udziałem tworzywa szklano-krystalicznego z układu ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2 i mikrokrystalicznego tlenku glinu wykonano dwa rodzaje porowatych kompozytów ściernych bez (kompozyt A) i z udziałem fazy wiskerowej (kompozyt B). Po obróbce termicznej w 1050 °C przez 3 h w kompozycie A matrycę ceramiczną stanowiło tworzywo szklano-krystaliczne z drobnokrystaliczną fazą gahnitu, w kompozycie B dodatkową fazę w matrycy stanowiły wiskery Al4B2O9. Kompozyty B, z udziałem fazy wiskerowej, charakteryzują się bardzo równomiernym rozprowadzeniem spoiwa na ziarnach tlenku glinu, wynikającym ze zmiany struktury pozostałości amorficznej w porównaniu do pozostałości w kompozycie A. Metodą FTIR wykazano, że więźba glinokrzemianoborowego szkła resztkowego kompozytu A ulega przebudowie w kompozycie B. W wyniku krystalizacji wiskerów w pozostałości amorficznej matrycy dominują jednostki strukturalne [BO3], przez co temperatura mięknienia szkła resztkowego się obniża. Idealne rozprowadzenie cienkiej osnowy (matrycy) na ziarnach Al2O3 ma niewątpliwie dodatkowy, poza wiskerami, korzystny wpływ na wytrzymałość mechaniczną kompozytu.

EN

Two types (A and B) of porous abrasive composites were produced with the participation of glass crystal material from the system of ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2 and microcrystalline alumina. After the thermal processing of the composites at 1050 °C for 3 h, glass crystal material with a fine crystalline gahnite phase constituted the ceramic matrix of composite A; in composite B, Al4B2O9 whiskers constituted an additional phase in the matrix. Composites B with the participation of the whisker phase are characterized by a very uniform positioning of the adhesive on alumina grains, which was the result of a change in the amorphous structure of the residue as compared to the residues in the composite A. It was demonstrated by the FTIR method that the framewark of boric aluminium silicate residue glass in the composite A underwent a reconstruction in the composite B. As a result of crystallization of whiskers, structural units [BO3] dominate in the amorphous residue of the matrix, resulting in lowering the residue glass temperature. An ideal distribution of a thin matrix on Al2O3 grains possesses undoubtedly an additional (apart from whiskers) positive impact on the mechanical strength of the composite.

Słowa kluczowe

PL

spoiwa szklano-krystaliczne; kompozyt szklano-krystaliczny; boran glinu; gahnit; struktura szkła

EN

glass-ceramics composite; aluminium borate; gahnite; glass structure

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 68, nr 4
• Strony: 310--314
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Herman D.

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

Bibliografia

• 1. Yilmaz, R.: Thermal diffusivity measurement of SiC fibre reinforced BMAS glass ceramic composites exposed mechanical damage, J. Eur. Ceram. Soc., 27, 2-3, (2007), 1223-1228.
• 2. Muhammad Abdullah, Jamil Ahmad, Mazhar Mehmood, Mujtaba-ul-Hasan, Hideki Maekawa: Synthesis of Al2O3 whisker-reinforced yttria-stabilized-zirconia (YSZ) nanocomposites through in situ formation of alumina whiskers, Ceram. Int., 37, (2011), 2621-2624.
• 3. Collin, M. I. K., Rowcliffe, D. J.: Influence of Thermal Conductivity and Fracture Toughness on the Thermal Shock Resistance of Alumina-Silicon-Carbide-Whisker Composites, J. Am. Ceram. Soc., 84, 6, (2001), 1334-40.
• 4. Strnad, Z.: Glass-Ceramic Materials, Glass Science and Technology, vol. 8, Elsevier, Amsterdam, (1986),169.
• 5. Y. Zhang , Y.-B. Cheng : Grain boundary devitrification of Ca α-sialon ceramics and its relation with the fracture toughness, J. Mater. Sci., 38, (2003), 1359-1364.
• 6. Feng Ye, Jue Ming Yang, Li Tong Zhang, Wan Cheng Zhou, Yu Zhou, Ting Chuan Lei: Fracture Behavior of SiC-Whisker-Reinforced Barium Aluminosilicate Glass-Ceramic Matrix Composites, J. Am. Ceram. Soc., 84, 4, (2001), 881-883.
• 7. Amiya P. Goswami, Sukumar Roy, Manoj K. Mitra, Gopes C. Das: Influence of powder, chemistry and intergranular phases on the wear resistance of liquid-phase-sintered Al2O3, Wear, 244, (2000) 1-14.
• 8. Herman, D., Krzos, J.: Influence of vitrified bond structure on radial wear of cBN grinding wheel., J. Mater. Process. Techn., 209, (2009), 5377-5386.
• 9. Minghui Chen, Shenglong Zhu, Mingli Shen, Fuhui Wang, Yan Niu: Thermophysical Properties of Alumina Particle Reinforced Glass Matrix Composites, Int. J. Appl. Ceram. Technol., (2013), 1-10.
• 10. Sang-Jin Lee, Waltraud M. Kriven: Toughened Oxide Composites Based on Porous Alumina-Platelet Interphases, J. Am. Ceram. Soc., 84, 4, (2001), 767-74.
• 11. Herman, D., Okupski, T., Walkowiak, W.: Crystallization of gahnite in CMAS glass forming system. Mechanism and process kinetics, Advances in Science and Technology, 68, (2010), 59-64.
• 12. Iyi, N., Takekawa, S., Kimura, S.: The Crystal Chemistry of Hexaluminates: Beta-Alumina and Magnetoplumbite Structures, J. Solid-State Chem., 83, (1989), 8-19.
• 13. Iyi, N., Inoue, Z., Takekawa, S., Kimura S.: The Crystal Structure of Lanthanum Hexaluminate, J. Solid State Chem., 54, (1984), 70-77.
• 14. 3M: Material Safety Data Sheet. Herstellerangaben, 2003.
• 15. Herman, D.: Podstawy wytwarzania i zastosowań nowych spoiw ceramicznych w narzędziach ściernych z tlenku glinu, Monografia Nr 94, Wydział Mechaniczny Politechniki Koszalińskiej, (2003), 70-71.
• 16. Asmi, D., Low, I. M. Self-reinforced Ca-hexaluminate/alumina composites with graded microstructures, Ceram. Int., 34, (2008), 311-316.
• 17. Clark, T. J., Reed, J.: Anovel technique for producing a glass-ceramic bond in alumina abrasives, Am. Ceram. Soc. Bull., 65, 11, (1986), 1506-1512.
• 18. Herman, D., Bobryk, E., Walkowiak, W.: Efekt wzmocnienia kompozytów ściernych z tlenku glinu wiskerami Al4B2O9, Materiały Ceramiczne, 67, 1, (2015), 37-42.
• 19. Zhao-xia Hou, Shao-hong Wang, Zhao-lu Xue, Hao-ran Lu, Chang-lei Niu, Hao Wang, Bin Sun Chunhui Su: Crystallization and microstructural characterization of B2O3-Al2O3-SiO2 glass, J. Non-Cryst. Solids, 356, (2010), 201-207.
• 20. Petrescu, S., Constantinescu, M., Anghel, E. M., Atkinson, I., Olteanu, M., Zaharescu, M.: Structural and physico-chemical characterization of some soda lime zinc alumino-silicate Glassem, J. Non-Cryst. Solids, 358, (2012), 3280-3288.
• 21. Winterstein-Beckmann, A., Möncke, D., Palles, D., Kamitsos , E. I., Wondraczek, L.: Raman spectroscopic study of structural changes induced by micro-indentation in low alkali borosilicate glasses, J. Non-Cryst. Solids, 401, (2014), 110-114.
• 22. Debasis Pradip Mukherjee, Sudip Kumar Das: Synthesis and characterization of machinable glass-ceramics added with B2O3, Ceram. Int., 40, (2014), 12459-12470.
• 23. Winterstein-Beckmann, A., Möncke, D., Palles, D., Kamitsos, E. I., Wondraczek, L.: Raman-spectroscopic study of indentation-induced structural changes in technical alkali-borosilicate glasses with varying silicate network connectivity, J. Non-Cryst. Solids, 405, (2014), 196-206.
• 24. Mahapatra, M. K., Lu, K., Bodnar, R. J.: Network structure and thermal property of a novel high temperature seal glass, Appl. Phys. A, 95, (2009), 493-500.
• 25. Akihiko Kajinami, Yasushi Harada, Shinsuke Inoue, Shigehito Deki, Norimasa Umesaki: The Structural Analisis of Zinc Borate Glass by Laboratory EXAFS and X-Ray Diffraction Measurements, Jpn.J.Appl. Phys., 38, (1999), 132-135.
• 26. Gaafara, M. S., Abd El-Aala, N. S., Gerges, O. W., El-Amira, G.: Elastic properties and structural studies on some zinc-borate glasses derived from ultrasonic, FT-IR and X-ray techniques, J. Alloys Compd., 475, (2009), 535-542.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.