$Al_2O_3$-SiC composites reinforced with SiC whisker ($SiC_w$) were fabricated using three different methods. In the first, $Al_2O_3-SiC_w$ starting materials were used. In the second, $Al_2O_3-SiC_w$-SiC particles ($SiC_p$) were used, which was intended to enhance the mechanical properties by $SiC_p$ reinforcement. In the third method, reaction-sintering was used with mullite-Al-C-$SiC_w$ starting materials. After hot-pressing at $1750^{\circ}C$ and 30 MPa for 1 h, the composites fabricated using $Al_2O_3-SiC_w$ and $Al_2O_3-SiC_w-SiC_p$ showed strong mechanical properties, by which the effects of reinforcement by $SiC_w$ and $SiC_p$ were confirmed. On the other hand, the mechanical properties of the composite fabricated by reaction-sintering were found to be inferior to those of the other $Al_2O_3$-SiC composites owing to its relatively lower density and the presence of ${\gamma}-Al_2O_3$ and ${\gamma}-Al_{2.67}O_4$. The greatest hardness and $K_{1C}$ were 20.37 GPa for the composite fabricated using $Al_2O_3-SiC_w$, and $4.9MPa{\cdot}m^{1/2}$ using $Al_2O_3-SiC_w-SiC_p$, respectively, which were much improved over those from the monolithic $Al_2O_3$.
본 연구는 습식법으로 수산화 알루미늄과 티타니아를 출발물질로 하여 $Al_2$O$_3$-TiO$_2$복합분체를 제조하였으며, 2 mol의 Al(OH)$_3$분말에 대하여 TiO$_2$분말량을 1, 3, 5, 7, 9, 11 wt%로 첨가하여 $Al_2$O$_3$-TiO$_2$복합분체의 특성을 조사하였다. 제조된 $Al_2$O$_3$-TiO$_2$계 복합분체는 $700^{\circ}C$~140$0^{\circ}C$까지 하소하여 XRD 분석을 한 결과 100$0^{\circ}C$까지는 TiO$_2$(rutile)상과 η-Al$_2$O$_3$상이 공존하다가 110$0^{\circ}C$부터 130$0^{\circ}C$까지는 η-Al$_2$O$_3$에서 $\alpha$-Al$_2$O$_3$로의 상전이가 일어나서 $\alpha$-Al$_2$O$_3$상과 TiO$_2$(rutile)상이 나타났으며 하소온도 140$0^{\circ}C$, TiO$_2$첨가량이 5 wt%일 때부터 $Al_2$TiO$_{5}$가 생성되기 시작하였다. TiO$_2$첨가량에 따른 비표면적값은 첨가량이 7 wt%까지는 감소하였으나 그 이상 첨가시 증가하였다. 입도분석 결과 평균입경은 15.74~23.21$mu extrm{m}$로서 TiO$_2$첨가량이 3 wt%일 때 가장 작은 값을 가졌으며 TiO$_2$첨가량은 5 wt% 이상부터 점차 감소하였다.
Al2O3 and 0.25wt% MgO-doped Al2O3 powders were made from the alcohol solution of Al(NO3)3.9H2O and Mg(NO3)2.6H2O by spray pyrolysis method. Each powder was prepared at 900 and 100$0^{\circ}C$. Powders prepared at 90$0^{\circ}C$ were amorphous phase, but prepared at 100$0^{\circ}C$ wre mainly ${\gamma}$-Al2O3 crystalline form. Particle size of the MgO-doped Al2O3 powders was in the range of 0.2-2${\mu}{\textrm}{m}$, but undooped powders shwoed comparatively wider range of particle size. All the powders prepared at 900 and 100$0^{\circ}C$ were transformed to $\alpha$-Al2O3 crystalline form by calcination at 110$0^{\circ}C$ for 1hr. Each powder was sintered at 1600, 1650 and 1$700^{\circ}C$ for 2hrs. MgO-doped Al2O3 body sintering at 1$650^{\circ}C$ showed 99% of relative density but undooped Al2O3 showed 95% of relative density, even sintered at higher temperature of 1$700^{\circ}C$.
Particulate composites of Al2O3/SiC, Al2O3/ZrO2 and Al2O3/ZrO2/SiC have been fabricated to investigate their R-curve behaviors and toughening mechanisms. Al2O3 containing 30 vol% SiC particles of 3${\mu}{\textrm}{m}$ showed rising R-curve behavior owing to the strong crack bridging by SiC particles. The fracture toughness reached 9.1 MPa {{{{ SQRT {m} }} at the crack length of 1000${\mu}{\textrm}{m}$. On the other hand, ZrO2-toughened Al2O3 had a high flat R-curve since it rose steeply in the short crack region due to the well known transformation toughening. For Al2O3/ZrO2/SiC composites, the R-curve behavior was similar to that of Al2O3/SiC but with slightly higher toughness. The SiC particles in this composite decreased the amount of transformable tetragonal phase to reduce the effect of transformation toughening by 50%. It was also found that the fracture toughness of this composite with two different toughening mechanisms was markedly lower than that estimated by the simple addition of two contributions.
Al2O3/SiC hybrid-composite has been fabricated by the conventional powder process. The addition of $\alpha$-Al2O3 as seed particles in the transformation of ${\gamma}$-Al2O3 to $\alpha$-Al2O3 provided a homogeneity of the microstructure. The grain growth of Al2O3 are significantly surpressed by the addition of nano-size SiC particles. Dislocation were produced due to the difference of thermal expansion coefficient between Al2O3 and SiC and piled up on SiC particles in Al2O3 matrix, resulting in transgranular fracture. The high fracture strength of the composite was contributed to the grain refinement and the transgranular fracture mode. The addition of SiC platelets to Al2O3/SiC nano-composite decreased the fracture strength, but increased the fracture toughness. Coated SiC platelets with nitrides such as BN and Si3N4 enhanced fracture toughness much more than non-coated SiC platelets by enhancing crack deflection.
Al2O3와 t-ZrO2 분말의 압분체를 공기중 150$0^{\circ}C$ 및 1$600^{\circ}C$에서 2시간 소결하여 제조된 입자복합체의 미세구조와 기계적 성질을 조사하였다. 소수의 미세한 구상의 ZrO2입자는 Al2O3의 입내에 존재하였으나 대분분은 입계에 존재하여 Al2O3의 입계를 고정시키는 것이 가능하였고, 따라서 Al2O3의 입성장을 둔화시켰다. 소결할 동안 입계 ZrO2 입자의 조대회는 응집된 ZrO2 입자내에서의 입계의 소멸과 Al2P3 입계의 이동에 의해서 끌어 당겨진 ZrO2 입자의 합체(coalescence)에 의해서 일어날 수 있었다. ZrO2의 첨가에 의한 Al2O3의 기계적 성질의 변화는 기지상인 Al2O3의 미세구조와 분산된 ZrO2 입자의 크기와 구조에 의존하였다.
The reaction sintering of Al2O3-ZrO2-Nb composite has been investigated using Al2O3, and ZrAl2 powders. Two kinds of specimens, 78.3Al2O3-14.0Nb2O5-7.7ZrAl2 in wt.% (AZN-5) and 72.3Al2O3-13.8Nb2O5-7.5ZrAl2-6.4ZrO2(AZN-10), were prepared. Powder compacts were sintered at various temperatures between 1$600^{\circ}C$ and 1$700^{\circ}C$ for 30 min in Ar. DTA and X-ray analysis have showen that a reaction between Nb2O5 and ZrAl2 started at 149$0^{\circ}C$ to form Al2O3, ZrO2, and Nb. The sintered density increased with the sintering temperature. AZN-10 specimen showed higher density than AZN-5 specimen for almost all the experimental conditions. Al2O3-ZrO2-Nb composite hot pressed after reaction sintering showed higher toughness and lower hardness than hot pressed Al2O3-ZrO2. The crack propagated through many metallic Nb particles which showed plastic deformation, and this is the cause of the increase in toughness of Al2O3-ZrO2-Nb composite over Al2O3-ZrO2.
Al2O3/metal composites were fabricated by oxidation and reaction of molten Al-alloy into two types of commercial Al2O3-SiO2 fibrous insulation board. The growth rate, composition and microstructure of these materials were described. An AlZnMg(7075) alloy was selected as a parent alloy. Mixed polycrystalline fiber and glass phase fiber were used as a filler. The growth surface of an alloy was covered with and without SiO2. SiO2 powder was employed as a surface dopant to aid initial oxidation of Al-alloy. Al-alloy, SiO2, fiber block and growth inhibitor CaSiO3 were packed sequentially in a alumina crucible and oxidized in air at temperature range 90$0^{\circ}C$ to 120$0^{\circ}C$. The growth rate of composite layer was calculated by measuring the mass increasement(g) per unit surface($\textrm{cm}^2$). XRD and optical microscope were used to investigate the composition and phase of composites. The composite grown at 120$0^{\circ}C$ and with SiO2 dopant showed rapid growth rate. The growth behavior differed a little depending on the types of fiber used. The composites consist of $\alpha$-Al2O3, Al, Si and pore. The composite grown at 100$0^{\circ}C$ exhibited better microstructure compared to that grown at 120$0^{\circ}C$.
Al2O3/Al composites were produced by displacement reaction method which was carried out by imm-ersing the sintered silica preform which was prepared form fused silica powder in molten aluminu. an ac-tivation energy of 94kJ/mole was calculated from Al-SiO2 reaction data in 1000-130$0^{\circ}C$ temperature range With increase of reaction temperature the alumina particle in the Al2O3/Al composites produced with pur metal Al showed grain growth and the growth of alumina particle in Al2O3/Al composite produced by using of Mg contained Al alloy was inhibited. The flexural strength of Al2O3/Al composites produced at 100$0^{\circ}C$ showed the highest value as 393 MPa. Flexural strength of the composite fabricated at 85$0^{\circ}C$ showed higher deviation than that of the composite produced at above 100$0^{\circ}C$ Low flexural strength of the composite fa-bricated at 120$0^{\circ}C$ due to the growth of pore and alumina particle size. The hardness of composites de-pended on alumina content in Al2O3/Al composite decreased with increasing of aluminium content in case the same alumina content and increased with increasing of silicon content in composite.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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