Morphology of nickel aluminate spinel (NiAl2O4) formed in the Al2O3-Ni composite system sintered in air

• Autorzy: Zygmuntowicz J. , Miazga A. , Konopka K.

Warianty tytułu

PL

Morfologia spinelu (NiAl2O4) w kompozytach z układu Al2O3-Ni spiekanych w powietrzu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this paper was to characterize the microstructure, especially the morphology of NiAl2O4 spinel phase in Al2O3-Ni composite system. The composites were prepared from the powder mixture contains: 90 vol. % of Al2O3 and 10 vol. % of nickel powder. Two series of samples were prepared: Series I with addition of nickel powder of average particle size 8.5 µm and Series II with addition of nickel powder of average particle size 1.5 µm. The presence of the spinel phase in composites was confirmed by both Xr-ay phase analysis and SEM observations. All tested samples were characterized by homogeneous distribution of NiAl2O4 phase in the whole volume of the material. The spinel has on oval shape with characteristic void inside. Two areas of spinel phase were identificated. The inner part is compact and consisted of large grains of spinel. In contrast, the outer part is porous and consisted of smaller grains of spinel. In aim to describe the spinel morphology the stereological analysis was done. Results showed that there is no evident influence of Ni initial grain powder size on the spinel formation and morphology. Formation of the spinel retarded the densification of the composites of Al2O3-Ni system.

PL

Celem niniejszej pracy była charakterystyka mikrostruktury, w szczególności morfologii fazy spinelowej NiAl2O4 w kompozytach z układu Al2O3-Ni. Wykonano dwie serie próbek różniących się między sobą średnią wielkością wyjściowo zastosowanych cząstek proszku niklu. Do przygotowania Serii I wykorzystano nikiel o średniej wielkości cząstek 8,5 µm, natomiast w II Serii użyto cząstek o średniej wielkości 1,5 µm. Na podstawie obserwacji SEM stwierdzono obecność fazy spinelowej w każdej z badanych serii, potwierdziły to również wyniki rentgenowskiej analizy fazowej badanych kompozytów. Wszystkie badane spieki cechowały się jednorodnym rozmieszczeniem fazy NiAl2O4 w całej objętości kompozytu. Faza spinelowa posiada owalny kształt z pustką w środku. Wyróżnić można dwa obszary. Wewnętrzny obszar spinelu jest zwarty i składa się z dużych ziaren spinelu. Przeciwnie, zewnętrzny obszar jest porowaty i złożony z drobniejszych ziaren spinelu. Do opisu morfologii spinelu została użyta analiza stereologiczna. Na podstawie tej analizy stwierdzono, że rozmiar użytego proszku Ni nie wpływa na formowanie i morfologię wytworzonego spinelu. Ponadto stwierdzono, że obecność fazy spinelowej utrudnia zagęszczenie kompozytu.

Słowa kluczowe

EN

NiAl2O4 spinel phase; SEM; X-ray phase analysis; stereological analysis

PL

faza spinelowa NiAl2O4; SEM; analiza stereologiczna; analiza rentgenowska

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 2
• Strony: 106--110
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zygmuntowicz J.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Miazga A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Konopka K.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Konopka K., Miazga A., Właszczuk J., Fracture toughness of Al2O3-Ni composites with nickel aluminate spinel phase NiAl2O4, Composites 2011, 11, 3, 197-201.
• [2] Tuam W.H., Lin M.C., Tzing W.H., The coarsening behavior of duplex Al2O3/NiAl2O4 composites, Materials Chemistry and Physic 1997, 48, 156-159.
• [3] Dhak D., Pramanik P., Particle size comparison of soft-chemically prepared nickel and copper aluminate spinels, International Symposium of Research Students on Materials Science and Engineering, December 20-22, Chennai, India 2004.
• [4] Konopka K., Lityńska -Dobrzyńska L., Dutkiewicz J., SEM and TEM of NiAl2O4 spinel phase distribution in alumina matrix, Archives of Metallurgy and Materials 2013, 58, 2, 501-504.
• [5] Konopka K., Kuczyński P., Miazga A., Riegert D., Wpływ atmosfery spiekania na mikrostrukturę i właściwości kompoozytów Al2O3-Ni, Materiały Ceramiczne 2012, 64, 1, 89-93.
• [6] Gizowska M., Miazga A., Konopka K., Szafran M., The influence of sintering temperature on properties of Al2O3-Ni composites, Composites 2012, 12, 1, 33-38.
• [7] Miazga A., Konopka K., Gizowska M., Szafran M., Alumina matrix ceramic-nickel composites formed by gelcasting method, Composites 2012, 12, 2, 138-141.
• [8] Miazga A., Konopka K., Gizowska M., Szafran M., Preparation of Al2O3-Ni cement composites by aqueous gelcasting, Powder Metallurgy and Metal Ceramics 2014, 52, 9-10, 567-571.
• [9] http://www.taimei-chem.co.jp/product/english/01.html
• [10] Michalski J., Wejrzanowski T., Pielaszek R., Konopka K., Łojkowski W., Kurzydłowski K.J., Application of image analysis for characterization of powders, Materials Science Poland 2005, 23, 1, 79-86.
• [11] Wejrzanowski T., Computer Assisted Quantitative Description of the Functionally Graded Materials, Master’s Thesis, Warsaw University of Technology, Warsaw 2000.
• [12] Tuan W.H., Lin M.C., Reaction sintering of Al2O3/NiAl2O4 composites, Journal of Materials Science Letters 1996, 15, 735-737.
• [13] Lieberthal M., Kaplan W.D., Processing and properties of Al2O3 nanocomposites reinforced with sub-micron Ni and NiAl2O4, Materials Science and Engineering 2001, 302, 83-91.
• [14] Sun X., Yeomans J., Optimization of a ductile-particle-toughened ceramic, Journal of the American Ceramic Society 1996, 79, 10, 2705-2717.
• [15] Bolt P.H., Lobner S.F., Geus J.W., Habraken F.H.P.M., Interfacial reaction of NiO with Al2O3 (1120) and polycrystalline α-Al2O3, Applied Surface Science 1995, 89, 339-349.
• [16] Mrowec S., Teoria dyfuzji w stanie stałym: wybrane zagadnienia, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1989.
• [17] Schmalzried H., Reakcje w stanie stałym, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1978.
• [18] Tuan W.H., Lin M.C., Wu H.H., Preparation of Al2O3/Ni composites by pressureless sintering in H2, Ceramics International 1995, 21, 221-225.
• [19] Konopka K., Nickel aluminate spinel (NiAl2O4) in Al2O3-Ni composites, Inżynieria Materiałowa 2010, 3(175), 457-459.