Preparatyka i właściwości kompozytu Al2O3-10 % obj. YAG (Y3Al5O12)

• Autorzy: Lach R. , Haberko K.

Warianty tytułu

EN

Preparation and properties of the Al2O3-10 vol.% YAG (Y3Al5O12) composite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opracowano metodę preparatyki kompozytu ziarnistego w układzie Al2O3-10 % obj. granatu itrowo-glinowego (YAG). Zawiesinę ziaren α-Al2O3 z dodatkiem azotanu itru traktowano roztworem węglanu amonu. W wyniku tego doszło do wytrącenia prekursora tlenku itru. Po odfiltrowaniu zawiesinę poddano prażeniu w temperaturze 600°C otrzymując w wyniku jednorodną mieszaninę ziaren tlenku glinu i tlenku itru. Spiekanie wyprasek z proszku przygotowanego w ten sposób pozwoliło uzyskać materiał kompozytowy składający się z osnowy Al2O3 i równomiernie rozłożonych wtrąceń YAG. Zmierzono twardość, odporność na pękanie, wytrzymałość i moduł Younga kompozytu i spieku czystego tlenku glinu. Kompozyt wykazuje wyższą odporność na pękanie i twardość niż spiek czystego tlenku glinu.

EN

A preparation technique of particulate composite materials in the alumina/YAG system was elaborated. Within the alumina particles suspension, yttria precursor was precipitated with ammonium carbonate. Drying and calcination at 600°C resulted in a mixture of alumina and yttria particles, the latter being much finer than the alumina particles. This mixture was additionally homogenized by short attrition milling in an aqueous suspension. Sintering of such powders results in the materials composed of YAG inclusions of sizes smaller than shown by the alumina grains and evenly distributed within the matrix. The YAG particles result from the reaction of Y2O3 with Al2O3 during heat treatment. Hardness, fracture toughness, strength and Young modulus of the composites and pure alumina polycrystal were measured. The composites show fracture toughness and hardness essentially higher than the one observed in pure alumina polycrystals.

Słowa kluczowe

PL

Al2O3; YAG; kompozyt; właściwości mechaniczne; mikrostruktura finalna

EN

Al2O3; YAG; composite; mechanical properties; microstructure final

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 63, nr 2
• Strony: 439--443
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Lach R.

autor

Haberko K.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki Specjalnej al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Claussen N.: „Fracture toughness of Al2O3 with an unstabilized ZrO2 dispersed phase”, J. Am. Ceram. Soc., 59, (1976), 49-51.
• [2] Roth R.S.: Phase Equlibria Diagrams for ceramics, vol. XI, The American Ceramic Society, Westville, OH, 1995, s.107
• [3] Madraj M.: „Hammond R., Parvez M.A., Drew R.A.L., Thompson W.T.: „High temperature neutron diffraction study of the Al2O3-Y2O3 system”, J. Eur. Ceram. Soc., 26 (2006), 3515-3524
• [4] Matson L.E., Hecht N.: „Microstructural stability and mechanical properties of directionally solidified alumina/YAG eutectic monofilaments”, J. Eur. Ceram. Soc., 19, (1999), 2487-2501.
• [5] Yoshida H., Nakamura A., Sakuma T., Nakagawa N., Waku Y.,: „Anisotropy in high temperature deformation in unidirectionally solidified eutectic Al2O3–YAG single crystals”, Scripta Materialia, 45, (2001),957-963.
• [6] 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.
• [7] Waku Y., Sakuma T.,: „Dislocation mechanism of deformation and strength of Al2O3-YAG single crystal composites at high temperatures above 1500°C”, J. Eur. Ceram. Soc., 20, (2000), 1453-1458.
• [8] 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.
• [9] Ochiai T., Ueda T., Sato K., Hojo M., Waku Y., Nakagawa N., Sakata S., Mitani A., Takahashi T.: „Deformation and fracture behaviour of an Al2O3/YAG composite from room temperature to 2023 K”, Composite Science and Technology, 61, (2001), 2117-2128.
• [10] Harada Y., Suzuki T., Hirano K., Waku Y.: „Ultra-high temperature compressive creep behaviour of an in-situ Al2O3 single crystal/YAG eutectic composite”, J. Eur. Cram. Soc., 24, (2004), 2215-2222.
• [11] Ramirez-Rico J., Pinto-Gómez A.R., Martinez-Fernandez J., de Arellano-López A.R., Oliete P.B., Pena J.I., Orera V.M.: „High temperature plastic behaviour of Al2O3-Y3Al5O12 directionally solidified eutectics”, Acta Materialia, 54, (2006), 3107-3116.
• [12] Li W.Q., Gao L.: „Processing, microstructure and mechanical properties of 25 vol% YAG-Al2O3 nanocomposites”, NanoStructured Materials, 11, (1999), 1073-1080.
• [13] Wang H., Gao L.: „Preparation and microstructure of polycrystalline Al2O3-YAG composites”, Ceramics Int., 27, (2001), 721-723.
• [14] 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.
• [15] Okada K., Motohashi T., Kameshima Y., Yasumori A.: „Sol-gel synthesis of YAG/Al2O3 long fibres from water solvent systems”, J. Eur. Ceram. Soc., 20, (2000), 561-567.
• [16] Towata A., Hwang H.J, Yasuoka M., Sando M., Niihara K.: „Preparation of polycrystalline YAG/alumina composite fibres and YAG fibres by sol-gel method”, Composites Part A, 32, (2001), 1127-1131.
• [17] Wang S., Akutsu T., Tanabe Y., Yasuda E.: „Phase composition and microstructural characteristics of solidified Al2O3-rich spinel solid solution/YAG composite”, J. Eur. Ceram. Soc., 20, (2000), 39-43.
• [18] Gao L., Shen A., Miyamoto H., Nygren M.: „Superfast densification of oxide/oxide ceramic composites”, J. Am. Ceram. Soc., 82, (1999), 1061-10-63.
• [19] Cho J., Harmer M.P., Chan H.M., Rickman J.M., Thompson A.M.: „Effect of yttrium and lanthanum on the tensile creep behaviour of aluminum oxite”, J. Am. Ceram. Soc., 80, (1997), 1113-1117.
• [20] Palmero P., Naglieri V., Chevalier J., Fantozzi G., Montanaro L.: „Aluminabased nanocomposites obtained by dopping with inorganic salt solutions: Application to immiosible and reactive systems”, J. Eur. Ceram. Soc., 29, (2009), 59-66.
• [21] Schehl M., Diaz L.A., Torrecillas R.: „Alumina nanocomposites from powder – alkoxide mixtures”, Acta Materialia, 50, (2002), 1125-1139.
• [22] Torrecillas R., Schehl M., Diaz L.A., Menendez L.J., Moya J.S.: „Creep behaviour of alumina/YAG nanocomposites obtained by a colloidal processing route”, J. Eur. Ceram Soc., 27, (2007), 143-150
• [23] Palmero P., Naglieri V., Spina G., Montanaro L.: „Elaboration and mechanical characterization of Al2O3-ZrO2-YAG ultreafi ne composites”, materiały z CIMTEC Conference, Montecatini Terme June 2010.
• [24] Lach R., Haberko K., Trybalska B.: „Composite material in the Al2O3-20 vol.% YAG system”, Processing and Application of Ceramics, 4, (2010), 1-6.
• [25] Lach, R. Haberko K.: „Particulate composites in the Al2O3- YAG system“, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials, 62, 4, (2010), 496-499.
• [26] Niihara K.: „A fracture mechanics analysis of indentation indentation-induced Palmqvist crack in ceramics”, J. Mat. Sci. Letters, 2, (1983), 221-223.
• [27] Piekarczyk J., Hennicke H.W., Pampuch R.: „On determining elastic constants of porous zinc ferrite materials”, cfi /BerDKG, 59, (1982), 227-232.
• [28] Kuczynski G.C.: „Sintering in multicomponent systems”, w Sintering and related phenomena, Kuczynski G.C., Hooton N.A., Gibbon C.F. (Red.), Gordon and Breach, Science Publishers, New York, London, Paris, (1967), s. 685.
• [29] De Jonghe L.C., Rahaman M.N.: „Sintering of Ceramics”, Rozdział 4 w Handbook of advanced ceramics, Somiya S. Aldinger F., Claussen N., Spriggs R.M., Uchino K., Koumoto K. i Kaneno M. (Red.), Elsevier Academic Press, Amsterdam, Boston, Heidelbergt, London, New York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapore, Sidney, Tokyo, (2003).
• [30] Scherer G.W.: „Sintering with rigid inclusions”, J. Am .Ceram. Soc., 70, (1987), 719-725.