Particulate composites in the Al2O3-YAG system

• Autorzy: Lach R. , Haberko K.

Warianty tytułu

PL

Kompozyty ziarniste w układzie Al2O3-YAG

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Contrary to the composites in the Al2O3–ZrO2 system, materials with Al2O3 matrix and YAG (Y3Al5O12) inclusions are much less recognized. YAG is one of the three compounds in the Y2O3-Al2O3 system of the highest alumina content. It is well known that YAG polycrystals belong to the materials of especially high creep resistance. Since coefficients of thermal expansion of YAG and alumina do not differ essentially from each other, the YAG inclusions in the alumina matrix seem to lead to a material of interesting mechanical properties. Only a few publications concern the preparation of such composites by powder sintering. In the present work Y2O3 was introduced to alumina by yttrium hydroxide precipitated within the alumina powder suspension. By low temperature calcinations a homogenous alumina/yttria mixture was received. Yttria content corresponded to 20 vol.% YAG after the reaction. It was found that at 1500oC YAG and α-alumina were the only phases present in the system. The investigation of the resulting material microstructure revealed a uniform distribution of sub-micrometer YAG particles. Hardness of the material was similar to that of dense alumina and fracture toughness (KIc ≈ 6 MPa.m1/2) was close to the observed in the case of the 3-YTZP material.

PL

W przeciwieństwie do kompozytów Al2O3-ZrO2, materiały na bazie tlenku glinu z wtrąceniami YAG (Y3Al5O12) są słabo rozpoznane w literaturze. YAG (granat itrowo-glinowy) jest fazą o najwyższej zawartości glinu wśród znanych glinianów itru. Jak dobrze wiadomo polikryształy YAG zaliczają się do materiałów o szczególnie wysokiej odporności na pełzanie. Ze względu na niewielką różnicę wartości współczynników rozszerzalności cieplnej granatu itrowo-glinowego i tlenku glinu, materiał zawierający wtrącenia YAG w matrycy Al2O3 może się charakteryzować interesującymi właściwościami mechanicznymi. Jedynie nieliczne doniesienia literaturowe dotyczą preparatyki kompozytów Al2O3-YAG drogą spiekania proszków. W prezentowanej pracy prekursor Y2O3 został wytrącony w zawiesinie Al2O3. Następnie zawiesina została wysuszona, a otrzymany proszek poddano prażeniu, dzięki czemu uzyskano jednorodną mieszaninę ziaren Al2O3 i Y2O3. Zawartość tlenku itru odpowiadała 20 % obj. YAG po reakcji. Stwierdzono, że α-Al2O3 i YAG jako jedyne fazy występują w materiale spiekanym w temperaturze 1500oC. W mikrostrukturze uzyskanych spieków obserwuje się submikronowe cząstki YAG. Wtrącenia cząstek YAG w osnowie Al2O3 podnoszą twardość materiału w porównaniu do spieków czystego tlenku glinu. Natomiast odporność na kruche pękanie (KIc ≈ 6 MPa.m1/2) jest porównywalna z wartością obserwowaną w przypadku materiału 3-YTZP.

Słowa kluczowe

EN

Al2O3; YAG; ceramic matrix composites; powder preparation; sintering

PL

Al2O3; YAG; kompozyty ziarniste; preparatyka proszków; spiekanie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 4
• Strony: 496--499
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Lach R.

autor

Haberko K.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Kraków, Poland,

Bibliografia

• 1. Matson, L.E., Hecht, N.: „Microstructural Stability and Mechanical Properties of Directionally Solidifield Alumina/YAG Eutectic Monofilaments”, J. Eur. Ceram. Soc., 19, (1999), 2487-2501.
• 2. Yoshida, H., Nakamura, A., Sakuma, T., Nakagawa, N., Waku, Y.: „Anisotropy in hightemperature deformation in unidirectionally solidified eutectic Al2O3–YAG single crystals” , Scripta Materialia., 45, (2001), 957-963.
• 3. Isobe, T., Omori, M., Uchida, S., Sato, T., Hirai, T.: „Consolidation of Al2O3–Y3Al5O12 (YAG) eutectic powder prepared from induction–melted solid and strength at high temperature”, J. Eur. Ceram. Soc., 22, (2002), 2621–2625.
• 4. Medraj, M., Hammond, R., Pervez, M.A., Drew, R.A.L., Thompson, W.T.: „Hightemperature neutron diffraction study of the Al2O3–Y2O3 system”, J. Eur. Ceram. Soc., 26, (2006), 3515–3524.
• 5. Mah, T., Parthasarathy T. A., Matson L. E.: „Processing and mechanical properties of Al2O3/Y3Al5O12 (YAG) eutectic composites”, Ceram. Eng. Sci. Proc., 11, (1990), 1617.
• 6. Palmero, P., Simone, A., Esnout, C., Fantozzi. G., Montanaro, L.: „Comparison among different sintering routes for preparing alumina-YAG nanocomposites, J. Eur. Ceram. Soc., 26, (2006), 941-947.
• 7. Li, W.Q., Gao, L.: „Processing, microstructure and mechanical properties of 25 vol% YAG-Al2O3 nanocomposites”, NanoStructured Materials, 11, (1999), 1073-1080.
• 8. Wang, H., Gao, L.: „Preparation and microstructure of polycrystalline Al2O3–YAG composites”, Ceram. Int., 27, (2001), 721–723.
• 9. Schehl, M., Diaz, L.A., Torrecillas, R.: „Alumina nanocomposites from powder – alkoxide mixtures”, Acta Materialia, 50, (2002), 1125-1139.
• 10. Wang, S., Akatsu, T., Tanabe, Y., Yasuda, E.: „Phase compositions and microstructural characteristics of solidifield Al2O3-rich spinel solid solution/YAG composite”, J. Eur. Ceram. Soc., 20, (2000), 39-43.
• 11. Palmero, P., Naglieri, V., Chevalier, J., Fantozzi, G., Montanaro, L.: „Alumina-based nanocomposites obtained by doping with inorganic salt solutions: Application to immiscible and reactive systems”, J. Eur. Ceram. Soc., 29, (2009), 59-66.
• 12. Naglieri, V., Palmero, P., Montanaro, L.: „Preparation and characterization of alumina-doped powders for the design of multi-phasic nano-microcomposites”, J. Therm. Anal. Calorim., 1, 97, (2009), 231-237.
• 13. Japanese Industrial Standard JIS R 1607: „Testing Method for Fracture Toughness and High Performance Ceramics”, 1990.
• 14. Niihara, K.: „A fracture mechanics analysis of indentation-induced Palmqvist crack in ceramics”, J. Mat. Sci. Lett., 2, (1983), 221-223.
• 15. Konsztowicz K.J., Whiteway, S.G.: „Processing contributions to Microcrack Formation in ZTA Composites”, Ceram. Eng. Sci. Proc., 11, (1990), 1405-1422.
• 16. Haberko K.: „Characteristics and Sinering Behaviour of Zirconia Ultrafine Powders", Ceramurgia Int., 5, (1979), 145–148.