In this study, effects of oxide additives on mechanical properties and microstructure of A1N and A1N polytype ceramics were investigated. Fine A1N powder was synthesized by nitriding alumiuim hydroxide prepared from Al-isopropoxide, at 1350$^{\circ}C$ for 10h in N2 atmosphere. By adding 3w/o Y2O3, 0.56w/o CaO, and 10w/o SiO2 to AlN powder, AlN and AlN polytype ceramics were prepared by hot-pressing under the pressure of 30 MPa at 1800$^{\circ}C$ for 1h. AlN ceramics with no additives formed considerable amount of AlON phase, while AlN ceramics doped with Y2O3 or CaO decreased AlON phase and formed Y-Al or Ca-Al oxide compound. AlN+10w/o SiO2(+3w/o Y2O3) composition produced AlON and AlN polytype compound having 21R as a major phase. Room temperature flexural strength of AlN ceramics with no additive was 246MPa, and room temperature flexural strength and critical temperature difference by thermal shock(ΔTc) of AlN ceramics dooped with Y2O3 or CaO were 532MPa/340$^{\circ}C$ and 423MPa/300$^{\circ}C$, respectively. Y2O3 and CaO used as sintering agent played roles of densification and oxygen removal of AlN ceramics, and affected grain growth/grain morphologies of AlN ceramics.
Al2O3-coated SiC composite powder and mechanically mixed Al2O3-SiC composite powder were synthesized using Al-isopropoxide and commercial SiC as the starting materials. Experiment results showed that the sinterability of Al2O3-coated SiC composite powder was more improved than the mechanically mixed Al2O3-SiC composite powder by the effect of homogeneous coating of alumina around SiC particles. Hence, the mechanical properties of the former was also much more improved than the latter.
Two NbCx-C1-x/Y2O3/Ti sputter-coated Al2O3 substrates (L 5.5 cm$\times$W 0.5 cm) were diffusion bonded together using hot press method at 95$0^{\circ}C$ for 3 hours under 1 MPa of applied pressure. 4 points bending tests were used to evaluate the mechanical performance of these precracked laminate beams. Two types of mechanical responses were observed: crack penetration through the interface for x=0.75, 1 and crack deflection into an interface for x=0.25, 0.5. The Al2O3/NbCx-C1-x/Y2O3/Ti system suggested here has been proves to be effective for the thermokinetical stability and tailorability of the interfaces of Al2O3/Ti composites at 95$0^{\circ}C$.
The mechanical and electrical properties of pressed and annealed $\beta-SiC-TiB_2$ electroconductive ceramic composites were investigated as a function of the liquid forming additives of $Al_2O_3+Y_2O_3$. Phase analysis of composites by XRD revealed $\alpha$-SiC(6H), TiB2, and (Al5Y3O12). Reaction between Al2O3 and $Y_2O_3$ formed YAG but the relative density decreased with increasing $Al_2O_3+Y_2O_3$ contents. The Flexural strength showed the value of 458.9 MPa for composites added with 4 wt% $Al_2O_3+Y_2O_3$ additives at room temperatures. Owing to crack deflection and crack bridging, the fracture toughness showed 6.2, 6.0 and 6.6 MPa.m1/2 for composites added with 4, 8 and 12 wt% Al2O3+Y2O3 additives respectively at room temperature. The resistance temperature coefficient showed the value of $3.6\times10^{-3},\; 2.9\times10^{-3}\; and\; 3.0\times10^{-3} /^{\circ}C$$^{\circ}C$ for composite added with 4, 8 and 12 wt% $Al_2O_3+Y_2O_3$additives respectively at room temperature. The electrical resistivity of the composites was all positive temperature coefficient resistance(PTCR) in the temperature range of $25^{\circ}C\; to\; 700^{\circ}$.
Thermal shock resistance of 80Al2O3-20Al composite and monolithic alumina ceramics was compared. Fracture strength was measured by using a 4-pont bending test after quenching. Thermal stresses of the ceramics and ceramic-metal composites were calculated using a finite element analysis. The bending strength of the Al2O3 ceramics decreased catastropically after quenching from 20$0^{\circ}C$ to $0^{\circ}C$. The bending strength of the composite also decreased after quenching from 200~2$25^{\circ}C$, but the strength reduction was much smaller than for Al2O3. The maximum thermal stress occured in the monolithic alumina ceramics when exposed to a temperature difference of 20$0^{\circ}C$ was 0.758 GPa. The same amount of stress occured in the Al2O3-Al composite when the temperature difference of 205$^{\circ}C$ used.
$K_2O-MgO-Al_2O_3$의 3성분계로부터 $K^+-{\beta}/{\beta}"-Al_2O_3$를 직접 고상반응법에 의하여 합성하였다. 합성시 초기조성, 합성온도, 합성시간 및 분쇄매체가 ${\beta}/{\beta}"-Al_2O_3$ 상형성 및 상관계에 미치는 영향에 대하여 분석하였으며 최대 분율의 ${\beta}"-Al_2O_3$ 상형성을 위한 최적 합성조건을 연구하였다. 조성범위로서 $K_2O$와 $Al_2O_3$상형성의 몰비를 1:5에서 1:6.2로, 안정화제로 사용된 MgO는 4.2 wt % 에서 6.3 wt % 사이에서 변화시켰으며 합성온도는 $1000^{\circ}C$에서 $1500^{\circ}C$까지 취하였다. ${\beta}/{\beta}"-Al_2O_3$상은 ${\alpha}-Al_2O_3$와 $KAlO_2$가 결합하는 $1000^{\circ}C$ 부근에서 형성되기 시작하여 점차 증가하다가 $1200^{\circ}C$ 부근에서 ${\alpha}-Al_2O_3$가 모두 사라지면서 균일화되었다. ${\beta}"-Al_2O_3$ 상분율은 $K_{1.67}Mg_{0.67}Al_{10.33}O_{17}$의 조성과 함께 $1300^{\circ}C$ 부근에서 최대값을 보였다. $1300^{\circ}C$ 이상의 합성 온도에서는 높은 potassium의 증기압에 따른 $K_2O$의 손실에 의하여 ${\beta}"-Al_2O_3$ 상분율이 감소하였으며 합성시간은 5시간 정도가 적당하였다. 분쇄 및 혼합을 위한 분산매체로는 증류수보다는 아세톤의 효과가 뛰어났다.
Dispersed type Al2O3-SiC composite powders were synthesized from Al-isopropoxide (Al(i-OC3H7)3) and Si(OC2H5)4 precursors by hydrolysis of mixed alkoxides and carbothermal reaction method. The characteristics of the synthesized (dispersed type) Al2O3-SiC composite powders were investigated using XRD, SEM, TEM, BET and particle size analyzer. Carbothermal reaction to produce Al2O3-SiC composite was completed in 10h at 135$0^{\circ}C$ on 3~4㎤/s (0.21~0.28cm/s) of H2 flow rate and about 1/1 of carbon/oxides(=SiO2+Al2O3) molar ratio. The synthesized powders were observed to have the mean particle size range of 0.4~1.26${\mu}{\textrm}{m}$ and showed finer particle size with increasing SiC content.
${\alpha}-Al_2O_3$와 비정질 SiO2부터 Mullite를 합성하기 위한 고체상태반응의 반응속도를 1450~$1480^{\circ}C$ 온도 범위에서 연구하였다. 반응속도는 $Al_2O_3$분말을 코팅한 28.16wt%의 $SiO_2$와 일정한 온도에서 여러 시간동안 가열하여 생성된 혼합물에 의하여 결정되었다. MgO안의 반응물과 미반응물의 양은 X-선 회절분석에 의하여 결정되었다. Mullite의 부피율과 peak intensity 비의 자료로부터 $Al_2O_3$와 $SiO_2$의 $3Al_2O_3\;{\cdot}\;2SiO_2$형태로의 반응은 $1450^{\circ}C$와 $1480^{\circ}C$ 사이에서 시작되었다. 고체상태반응 활성화 에너지는 Arrhenius 식에 의하여 결정되었다. 활성화 에너지는 31.9KJ/mol이다.
The mechanical and electrical properties of the hot-pressed and annealed $\beta-SiC-ZrB_2$ electroconductive ceramic composites were investigated as a function of the liquid forming additives of$Al_2O_3+Y_2O_3$ Phase analysis of composites by XRD revealed $\alpha-SiC(6H) ZrB_2\; and YAG(Al_5Y_3O_{12})$ The relative density of composites were increased with increased Al2O3+Y2O3 contents. The Flexural strength showed the highest value of 390.6MPa for composites added with 20wt% Al2O3+Y2O3 additives at room temperature. Owing to crack deflection crack bridging phase transition and YAG of fracture toughness mechanism the fracture toughness showed the highest value of 6.3MPa.m1/2 for composites added with 24wt% Al2O3+Y2O3 additives at room temperature. The resistance temperature coefficient showed the value of$ 2.46\times10^{-3}\;, 2.47\times10^{-3},\; 2.52\times10^{-3}/^{\circ}C$ for composite added with 16, 20, 24wt% Al2O3+Y2O3 additives respectively. The electrical resistivity of the composites was all positive temperature coefficient resistance(PTCR) in the temperature range of $256{\circ}C\; to\; 900^{\circ}C$.
[ $Al_2O_3/SiC$ ]composite ceramics were sintered to evaluate the bending strength and elastic wave characteristics. The three-point bending test was carried out under room temperature. The elastic wave was detected by fracture wave detector. The crack healing behavior was investigated from 1373 K to 1723 K. The bending strength of $Al_2O_3/SiC$ composite by nanocomposite is higher than that of $Al_2O_3$ monolithic. Crack-healing behavior depended on an amount of additive powder $Y_2O_3$. In $Al_2O_3/SiC$ composite ceramics with 3 wt. % $Y_2O_3$ for additive powder, the bending strength at 1573 K is about 100% increase than that of the smooth specimens. From the result of wavelet analysis of elastic wave signal, the smooth specimen and heat treated specimen of $Al_2O_3$ monolithic and $Al_2O_3/SiC$ composite ceramics showed characteristics of frequency about 58 kHz. The strength of $Al_2O_3/SiC$ composite ceramics was a little higher than those of $Al_2O_3$ monolithic. The dominant frequencies were high with increasing of $Y_2O_3$ for additive powder. The dominant frequencies had direct connection with the bending strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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