Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

2 2010

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: preparatyka proszków

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Particulate composites in the Al2O3-YAG system

Lach R., Haberko K.

Materiały Ceramiczne

2010

T. 62, nr 4

496-499

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.

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.

Materiał kompozytowy w układzie Al2O3-YAG (20% obj.)

Lach R., Haberko K., Trybalska B.

Kompozyty

2010

R. 10, nr 4

362-367

Do intensywnie mieszanej zawiesiny tlenku glinu wprowadzono azotan itru. Alkalizacja układu węglanem amonu doprowadziła do wytrącenia prekursora Y2O3 wśród ziaren Al2O3. Następnie zawiesinę tę wysuszono i wyprażono w temperaturze 600°C, uzyskując tym sposobem jednorodną mieszaninę ziaren Al2O3 i Y2O3. Cząstki tlenku itru były znacznie mniejsze od ziaren Al2O3. Opisaną mieszaninę poddano dodatkowej homogenizacji poprzez krótkie mielenie w młynie mieszadłowym w środowisku wody o wartości pH dobranej na podstawie pomiarów potencjału dzeta (ζ). Stwierdzono, że mieszanina przygotowana w kwaśnym środowisku (uzyskanym poprzez wprowadzanie do układu HNO3) charakteryzuje się po wysuszeniu obecnością twardych, wytrzymałych mechanicznie aglomeratów. Proszek taki nie pozwala uzyskać gęstych spieków. Z tego punktu widzenia proszki homogenizowane w środowisku alkalicznym wykazują wyraźnie lepsze właściwości, również pod względem zagęszczenia przygotowanych z nich spieków. W mikrostrukturze tych spieków obok itru (YAG), powstający wskutek reakcji Y2O3 z Al2O3. Homogenizacja proszków w środowisku o pH = 8, co odpowiada warunkom heterokoagulacji, prowadzi do spieków o bardziej równomiernie rozłożonych wtrąceniach cząstek YAG w osnowie Al2O3, niż ma to miejsce w przypadku homogenizacji proszku wyjściowego w warunkach pH = 10. Wtrącenia cząstek YAG w osnowie Al2O3 podnoszą twardość i odporność na pękanie materiału w porównaniu do spieków czystego tlenku glinu.

YAG (Y3Al5O12) is one of three phases existing in the Al2O3-Y2O3. system. This compound contains the highest alumina content. So, it seems justified to assume that heat treatment of the alumina - yttria mixture, with alumina being dominating constituent should result in YAG inclusions within alumina matrix. Proportion of yttria in the present study corresponded to 20 vol. % YAG after this reaction. Yttrium nitrate, prepared by dissolving yttria in nitric acid was introduced into αAl2O3 suspension of 50 vol. % concentration. The vigorously stirred suspension was treated with (NH4)2CO3 until pH of the suspension reached value of 8.5. Under such conditions quantitative precipitation of yttria precursor occurs. Drying of the suspension and its calcination at 600°C resulted in the homogenous mixture of alumina and yttria particles. Size of the latter were several times smaller than the former ones. In order to remove agglomerates this mixture was subjected to short attrition milling in aqueous suspension of pH selected on the basis of zeta (ζ) potential measurements. It was found that acidic conditions, pH = 3, (realized with HNO3) resulted after drying in hard agglomerates. At elevated temperatures this powder showed emission of NO and NO2 coming most probably from the decomposition of aseotropic nitric acid solution filling the inter-particle space and playing the role of "glue" responsible for the high strength of agglomerates. That is why compacts of the powder homogenized under acidic conditions show poor sintering ability. Much better properties showed powders homogenized under basic condition, i.e. at pH = 8 and 10. At sintering temperatures of 1500 and 1600°C they give dense materials composed of YAG inclusions within alumina matrix. YAG particles resulted from the reaction of Y2O3 with Al2O3 during heat treatment. Microstructure of the material derived from the powder homogenized at pH = 8 is more uniform and shows smaller alumina and YAG grains than that prepared at pH = 10. As is indicated by the zeta (ζ) potential measurements, pH = 8 of the alumina/yttria suspension corresponds to the hetero-flocculation effect. Microscopic observations reveal that YAG inclusions limit grain-growth of alumina matrix compared to the pure alumina polycrystal. This effect is more visible in the material derived from the powder homogenized at pH = 8 than that at pH = 10. In both cases the materials are characterized by higher fracture toughness and hardness than that observed in pure alumina polycrystal sintered at the same temperature. It is worth to notice that KIc values approach those characteristic for yttria stabilized tetragonal zirconia (3Y-TZP), a material which is known from its high toughness.