Otrzymywanie i właściwości materiałów w układzie korund/γ-alonu

• Autorzy: Domagała J. , Zientara D. , Rutkowski P. , Grabowski G. , Lis J. , Bućko M. M.

Warianty tytułu

EN

Manufacturing and properties of materials from the corundum/γ-alon system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Korund oraz materiały na jego bazie są szeroko wykorzystywane jako elementy maszyn, narzędzia skrawające i ścierne, materiały ogniotrwałe, osłony antybalistyczne czy też biomateriały. Również materiały zawierające tlenoazotek glinu o strukturze typu spinelu, γ-alon ze względu na specyficzne połączenie właściwości mechanicznych i cieplnych, cieszą się dużym zainteresowaniem jako wysokotemperaturowe tworzywa konstrukcyjne. Wprowadzenie do korundowej osnowy wtrąceń γ-alonu powoduje istotną poprawę jego właściwości mechanicznych i tribologicznych zwłaszcza w temperaturach powyżej 1000°C. Celem pracy było wytworzenie materiałów w układzie korund/γ-alon o szerokim zakresie składów, a także zbadanie ich mikrostruktury i właściwości mechanicznych. Mieszaniny proszków, handlowego korundu i otrzymanego metodą SHS γ-alonu, spiekano pod ciśnieniem 25 MPa w 1750°C przez 1 h. Stwierdzono, że w trakcie spiekania dochodzi do reakcji chemicznej pomiędzy korundem a γ-alonem z wytworzeniem tlenoazotku glinu o innym składzie chemicznym. Największą wartość odporności na kruche pękanie uzyskał materiał kompozytowy zawierający ok. 40 % mas. tlenoazotku glinu, podczas gdy najwyższą wytrzymałością na zginanie cechowały się jednofazowe materiały złożone z γ-alonu. Obserwowane zmiany właściwości mechanicznych można skorelować ze składem chemicznym, składem fazowym, mikrostrukturą oraz specyficznym rozkładem naprężeń resztkowych.

EN

Alumina and alumina based materials are widely used as machine parts, cutting tools, abrasive and refractory materials, ceramic armours and even biomaterials. Polycrystalline γ-alon, the solid solution of alumina and aluminium nitride with spinel structure, and related materials have also great potential for application as high-performance structural ceramics due to good mechanical and thermal properties. The aim of the present work was to manufacture materials in the alumina/γ-alon system, showing a wide range of compositions, and study their microstructure and mechanical properties. Mixtures of commercial alumina and SHS derived γ-alonu powders were hot-pressed at 1750°C for 1 h. It was found that the chemical reaction between corundum and aluminium oxynitride occurred during the hot-pressing, resulting in the formation of γ-alonu phase of different chemical composition. The highest value of fracture toughness was reached by the composite material containing about 40 wt% γ-alonu while the single-phase oxynitride materials had the highest bending strength. The observed changes in mechanical properties can be correlated to the chemical and phase composition, microstructure and specific residual stress distribution.

Słowa kluczowe

PL

korund; γ-alon; kompozyty; właściwości mechaniczne; mikrostruktura

EN

corundum; γ-alon; composites; mechanical properties; microstructure

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 63, nr 4
• Strony: 802--808
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Domagała J.

autor

Zientara D.

autor

Rutkowski P.

autor

Grabowski G.

autor

Lis J.

autor

Bućko M. M.

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

Bibliografia

• [1] Yamaguchi G., Yanagida H.: „Study on the Reductive Spinel: A New Spinel Formula AlN-Al2O3 Instead of the Previous One Al3O4”, Bull. Chem. Soc. Jpn., 32, (1959), 1264-1265.
• [2] McCauley J.W., Patel P., Chen M., Gilde G., Strassburger E., Paliwal B., Ramesh K.T., Dandekar D. P.: „AlON: A brief history of its emergence and evolution”, J. Eur. Ceram. Soc., 29, (2009), 223-236.
• [3] McCauley J.W.: „ A simple model for aluminum oxynitride spinels”, J. Am. Ceram. Soc., 61, (1978), 372-373.
• [4] McCauley J.W., Corbin N.D.: „Phase relations and reaction sintering of transparent cubic aluminum oxynitride spinel (AlON)”, J. Am. Ceram. Soc., 62, (1979), 476-479.
• [5] Kim I.U., Richards V.L.: „High Temperature Electrical Conductivity of Aluminum Oxynitride Spinel”, J. Am. Ceram. Soc., 68, (1985), C210-212.
• [6] Zientara D., Bućko M.M., Lis J.: Alon-based materials prepared by SHS technique”, J. Eur. Ceram. Soc. 27 (2007), 775-779.
• [7] Goeuriot P., Goeuriot-Launay D., Thevenot F.: „Oxidation of an Al2O3--- -AlON ceramic composite”, J. Mater. Sci., 25, (1990), 654-660.
• [8] D. Zientara, M. Bućko, J. Lis: Proceedings of the 10th International Conference of the European Ceramic Society, wyd. Heinrich J.G., Aneziris C.G., Göller Verlag, Baden-Baden, (2007), 1882-1885.
• [9] Sakai T.: „High Temperature Strength of AlN Hot-Pressed With Al2O3 Additions”, J. Am. Ceram. Soc., 64, (1981), 135-136.
• [10] Shimpo A., Ide H., Ueki M.: „ ALON and Its Composite Ceramics”, J. Ceram. Soc. Jap., 100, (1992), 504-508.
• [11] Kim Y.W., Park B.H., Park H.C., Lee Y.B., Oh K.D., Riley F.L.: „Sintering, microstructure, and mechanical properties of AION- AIN particulate composites”, Brit. Ceram. Trans., 97, (1998), 97-104.
• [12] Launay D., Orange G., Goeuriot P., Thevenot F., Fantozzi G.: „Reaction-sintering of an Al2O3-AION composite determination of mechanical properties”, J. Mater. Sci. Lett., 3, (1984), 890-892.
• [13] Goeuriot-Launay D., Goeuriot P., Thevenot F., Orange G., Fantozzi G., Treheux D., Trabelsi R.E.: Silicates Ind., 1-2, (1989), 3.
• [14] Trabelsi R., Treheux D., Goeuriot-Launay D., Goeuriot P., Thevenot F., Orange G. i in.: High Tech Ceramics, wyd. P. Vincenzini, Elsevier Sci. Pub., (1987), 2683-2695.
• [15] Berriche Y., Vallayer J., Trabelsi R., Treheux D.: „Severe wear mechanisms in Al2O3-AlON ceramic composites”, J. Eur. Ceram. Soc., 20, (2000), 1311-1318.
• [16] Lepkova D., Yoleva A., Pavlova L., Surnev B.: Interceram, 45, (1996), 87-89.
• [17] Li N., Li Y., Wang J.: Proceedings of Unifi ed International Technical Conference on Refractories on High Technic Ceramics and Refractories in Si–Al–O–N and Al–O–N Systems, wyd. M.A. Stett, Amer. Ceram. Soc., vol. III, (1997), 1811-1818.
• [18] Zientara D., Bućko M.M., Lis J.: „ Alon-based materials prepared by SHS technique”, J. Eur. Ceram. Soc., 27, (2007), 775-779.
• [19] Zientara D., Bućko M.M., Lis J.: Key Eng. Mater., 409, (2009), 313-316.
• [20] Niihara K.: „A fracture mechanics analysis of indentationinduced Palmqvist crack in ceramics”, J. Mater. Sci. Lett., 2, (1983), 221-223.
• [21] Pampuch R.: Współczesne Materiały Ceramiczne, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków, (2005)