Wpływ atmosfery spiekania na mikrostrukturę i właściwości kompozytów Al2O3-Ni

• Autorzy: Konopka K. , Kuczyński P. , Miazga A. , Riegert D.

Warianty tytułu

EN

Effect of sintering atmosphere on microstructure and properties of Al2O3-Ni composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wpływ atmosfery spiekania (powietrze, argon, wodór) na mikrostrukturę i wybrane właściwości kompozytów Al2O3-Ni. Kompozyty otrzymane były w procesie prasowania i spiekania proszków Al2O3 i Ni. Zastosowanie różnych atmosfer spiekania doprowadziło do zróżnicowanej budowy fazowej kompozytów. Kompozyty spiekane w atmosferze argonu oprócz Al2O3 i Ni charakteryzowały się obecnością NiO. Badania przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej ujawniły obecność NiO w warstwie zewnętrznej kompozytu. W przypadku spiekania w powietrzu stwierdzono obecność fazy spinelowej NiAl2O4 zarówno w warstwie zewnętrznej, jak i w środku próbki o czym świadczą charakterystyczna, niebiesko-turkusowa barwa próbki na całym jej przekroju oraz, potwierdzające obecność spinelu, badania dyfrakcji rentgenowskiej. Powstanie NiO oraz NiAl2O4 świadczy o procesie utleniania cząstek Ni na etapie konsolidacji. W przypadku spiekania w atmosferze argonu warstwa NiO powstaje na granicy międzyfazowej Ni/Al2O3 jako skutek absorpcji tlenu na powierzchni cząstek proszku Ni już na etapie mieszania i prasowania proszków. Natomiast spiekanie w atmosferze powietrza doprowadziło do utworzenia fazy spinelowej. W szczególności w warstwie zewnętrznej doszło do całkowitego przereagowania Ni i przejścia do spinelu NiAl2O4. Spiekanie w redukującej atmosferze H2 zapewnia dwufazową budowę kompozytu złożoną z rozmieszczonych w osnowie Al2O3 cząstek Ni. Różnice w budowie fazowej kompozytów powodują różnice w ich gęstości i porowatości, a także twardości. Najwyższą gęstość jak również twardość uzyskano w kompozytach spiekanych w H2.

EN

This paper presents the effect of sintering atmosphere (air, argon, hydrogen) on the microstructure and selected properties of Al2O3-Ni composites. The composites were obtained by pressing and sintering of Al2O3 and Ni powders. The use of different sintering atmospheres has led to composites of various phase compositions. The composites sintered in argon shown the presence of NiO in addition to Al2O3 and Ni. X-ray diffraction studies revealed NiO in an outer layer of the material. In the case of sintering in air, the NiAl2O4 spinel phase was detected, either on the sample surface and in the sample interior. The fact provides a characteristic blue-turquoise color of the sample throughout its cross section. The presence of NiAl2O4 was confirmed by X-ray diffraction studies. The formation of NiO and NiAl2O4 indicates oxidation of Ni particles during the consolidation process. In the case of sintering in argon, the NiO layer is formed at the Ni/Al2O3 interface as a result of oxygen absorption on the surface of Ni particles during mixing and pressing the powders. Sintering in air led to the formation of spinel. In particular, there was a complete transition of Ni to the spinel NiAl2O4 in the outer layer. Sintering in the reducing atmosphere of H2 provides a two-phase composite structure composed of nickel particles distributed in the Al2O3 matrix. Differences in the composite phase-compositions cause differences in their density, porosity and hardness. The highest density and hardness were obtained for the composites sintered in H2.

Słowa kluczowe

PL

cermetal; tlenek glinu; nikiel; atmosfera spiekania

EN

ceramic-metal composites; alumina; nickel; sintering atmosphere

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 1
• Strony: 89--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Konopka K.

autor

Kuczyński P.

autor

Miazga A.

autor

Riegert D.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Olszyna A.R.: Twardość a kruchość tworzyw ceramicznych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, (2004).
• [2] Konopka K., Maj M., Kurzydłowski K.J.: „Studies of the effect of metal particles on the fracture toughness of ceramic matrix composites”, Materials Characterization, 51, (2003), 335-340.
• [3] Fahrenholtz W.G., Ellerby D.T., R.E. Loehman: „Al2O3–Ni composites with high strength and fracture toughness”, J. Am. Ceram. Soc., 83, (2000), 1279-1280.
• [4] Lieberthal M., Kaplan W.D.: „Processing and properties of Al2O3 nanocomposites reinforced with sub-micron Ni and NiAl2O4”, Mat. Sci. Eng., A302, (2001), 83-91.
• [5] Gizowska M., Konopka K., Szafran M.: „Alumina matrix ceramicnickel composites wet processing”, Kompozyty, 11, 1, (2011), 61-65.
• [6] Tuan W.H., Wu H.H., Chen R.Z.: „Effect of sintering atmosphere on the mechanical properties of Ni/Al2O3 composites”, J. Eur. Ceram. Soc., 17, (1997), 735-741.
• [7] Li G.-J., Rena R.-M., Huang X.-X., Guo J.-K.: „Microstructure and mechanical properties of Al2O3/Ni composites”, Ceram. Int., 30, (2004), 977-982.
• [8] Isobe T., Daimon K., Sato T., Matsubara T., Hikichi Y., Ota T.: „Spark plasma sintering technique for reaction sintering of Al2O3/Ni nanocomposite and its mechanical properties”, Ceram. Int., 34, (2008), 213-217.
• [9] Rodeghiero E.D., Tse O.K., Chisaki J., Giannelis E.P.: „Synthesis and properties of Ni-α-Al2O3 composites via sol-gel”, Mater. Sci. Eng., A195, (1995), 151-161.
• [10] Tang S., Zehnder A.T.: „Nickiel-Alumina Interfacial Fracture Toughness Using the Thick Foil Technique”, Engineering Fracture Mechanics, 69, (2002), 701-715.