Mikrostruktura i właściwości kompozytów AI2O3-Si3N4 otrzymywanych na drodze heterokrystalizacji metodą zol-żel

• Autorzy: Zawada A. , Kunicki A. , Ziemkowska W. , Pietrzykowski A. , Olszyna A.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and properties of the Al2O3-Si3N4 composites produced by a sol-gel method with hetero-crystallization

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Mieszaniny nanoproszków AI(2)O(3)-Si(3)N(4) otrzymywano na drodze heterokrystalizacji w procesie zol-żel z wykorzystaniem reakcji związków alkoksyglinowych z wodą. W czasie procesu kontrolowano pH roztworu w celu zapewnienia jak najlepszej homogenizacji cząstek Si(3)N(4) w osnowie spieczonego AI(2)O(3). Otrzymaną mieszaninę nanoproszków o zawartości 20 %wag. Si(3)N(4) poddawano prażeniu w temperaturze 800°C w atmosferze powietrza przez 20 h. Do wyprażonego produktu dodawano proszek handlowy AI(2)O(3) tak aby otrzymać mieszaniny proszków AI(2)O(3) + xSi(3)N(4), gdzie x = 1,25; 2,5; 5 %wag., które następnie poddano procesowi spiekania w temperaturze 1350 lub 1450°C pod ciśnieniem 30 MPa przez 1 godzinę. W artykule opisano mikrostrukturę, gęstość, nasiąkliwość, porowatość i właściwości mechaniczne takie jak; moduł Younga, twardość i odporność na kruche pękanie, otrzymanych spieków. Otrzymane spieki charakteryzowały się gęstością względną w przedziale 95-100 % i jednorodnym rozkładem obu faz w mikrostrukturze kompozytu. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono znaczny wpływ Si(3)N(4) na poprawę właściwości mechanicznych AI(2)O(3). Kompozyty AI(2)O(3)+xSi(3)N(4) miały wyższą twardość i odporność na kruche pękanie w porównaniu ze spiekiem wykonanym z nanoproszku AI(2)O(3) firmy Taimei. Najwyższym współczynnikiem odporności na kruche pękanie charakteryzował się kompozyt o zawartości 2,5%wag. Si(3)N(4).

EN

Mixtures of the AI(2)O(3)-Si(3)N(4) nano-powders were prepared via hetero-crystallization by using a sol-gel method with the contribution of chemical reactions that proceeded between the alkoxyaluminum compounds and water. In order to achieve the best possible homogeneity of the Si(3)N(4) particles in the AI(2)O(3) matrix, pH of the solution was controlled during the process. The mixture containing 20 wt.% of Si(3)N(4) was calcined for 20 h at a temperature of 800°C in air, then added to a commercial-grade AI(2)O(3) powder so as to obtain AI(2)O(3)+xSi(3)N(4) mixtures (where x = 1.25, 2.5 and 5 wt.%), which were finally sintered for 1 h at a temperature of 1350 or 1450°C under a pressure of 30 MPa. The paper describes the microstructure, density, water absorption, porosity and mechanical properties, such as Young modulus, hardness and fracture toughness, of the sinters obtained. The sintered composites had the relative density exceeding 95%, and the distribution of component phases was uniform. It has been found that the presence of Si(3)N(4) considerably improved mechanical properties of the AI(2)O(3) matrix. The hardness and fracture toughness of the AI(2)O(3)+xSi(3)N(4) composites were higher than those of the sinter produced from the AI(2)O(3) nanopowder delivered by the Taimei Company. The highest toughness was measured for the composite with 2.5 wt.% Si(3)N(4).

Słowa kluczowe

PL

procesy zol-żel; mikrostruktura finalna; właściwości mechaniczne; Al2O3; Si3N4

EN

sol-gel processes; microstructure final; mechanical properties; AI2O3; Si3N4

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 61, nr 2
• Strony: 87--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Zawada A.

autor

Kunicki A.

autor

Ziemkowska W.

autor

Pietrzykowski A.

autor

Olszyna A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej,

Bibliografia

• [1] Niihara K.: Future of Ceramic Nano & Nanocomposite Materiale, Seminar and Discussions At Warsaw University of Technology, March 11,2004.
• [2] Niihara K., Niihara A., Sekino.: Processing Materiale Res.Society Symposium, 286, (1993), 405-412.
• [3] Olszyna A.R.: „Twardość a kruchość tworzyw ceramicznych", OWPW Warszawa, 2004.
• [4] Kaya C, He J. Y., Gu X.,. Butler E. G: Microporous and Mesoporous Materials, 54, (2002), 37-49.
• [5] Michalski J., Wejrzanowski T., Pielaszek R., Konopka K., Wojkowski W., Kurzydłowski K.J.: Materiale Science - Poland, 23, (2005), 1.
• [6] Kurzydłowski K. J., Ralph B.: Quantitive description of microstructure of materials, CRC Press, Baton Rogue, USA, 1995.