Crack-healing behavior of $Si_3N_4$ composite ceramics has been studied as functions of heat-treatment temperature and amount of additive $SiO_2$ colloidal. Results showed that optimum amount of additive $SiO_2$ colloidal and coating of $SiO_2$ colloidal on crack could significantly increase the bending strength. The heat-treatment temperature has a profound influence on the extent of crack healing and the degree of strength recovery. The optimum heat-treatment temperature depends on the amount of additive $SiO_2$ colloidal. Crack healing strength was far the better cracked specimen with $SiO_2$ colloidal coating on crack surface. After heat treatment at the temperature 1,273 K in air, the crack morphology almost entirely disappeared by scanning prob microscope. At optimum healing temperature 1,273 K, the bending strength with additive $SiO_2$ colloidal 0.0 wt.% without $SiO_2$ colloidal coating recovered to the value of the smooth specimens at room temperature for the investigated crack sizes $100\;{\mu}m$. But that with $SiO_2$ colloidal coating increase up to 140 %. The amount of optimum additive $SiO_2$ colloidal was 1.3 wt.% and crack healed bending strength with $SiO_2$ colloidal coating increase up to 160 % to smooth specimen of additive $SiO_2$ colloidal 0.0 wt.%. Crack closure and rebonding of the crack due to oxidation of cracked surfaces were suggested as a dominant healing mechanism operating in $Si_3N_4$ composite ceramics.
Strength characteristics of $Si_3N_4$ composite ceramics has been studied as functions of heat-treatment temperature and additive $SiO_2$. $SiO_2$ colloidal could significantly increase the bending strength. Crack healing temperature decreased 300 K by additive $TiO_2$. Bending strength of specimen added $SiO_2$ is higher than that of non-added $SiO_2$. Moreover, bending strength of specimen with $SiO_2$ colloidal coating is much higher that of non-coated specimen. In in-situ observation, crack-healed specimen at 1,573 K shows phenomenon like a fog on the surface. By SPM, both crack-healed specimen, non-coating and coating of $SiO_2$ colloidal, at 1,273 K were healed completely but both of 1,573 K exist crack. This was made by evaporation of $SiO_2$ at high temperature. Crack-healing materials of $Si_3N_4$ composite ceramics is crystallized $Y_2Si_2O_7$, $Y_2Ti_2O_7$ and $SiO_2$. A large amount of Si and O, and little C were detected by EPMA. Si and O increase but C decreases according to heat treatment temperature. Specimens with additive $SiO_2$ were more detected Si and O than that of non-additive $SiO_2$. Specimen with $SiO_2$ colloidal coatings were much more detected O.
This study analyzed the characterization of high temperature strength of $Si_3N_4$ composite ceramics additive based on variations in the amount of nano colloidal $SiO_2$ added. Semi-elliptical cracks about 100 ${\mu}m$ length were obtained from a Vickers indenter using a load of 24.5 N. The results showed that the heat-treated smooth specimens with $SiO_2$ nano colloidal coating exhibited the highest bending strength at 0.0 wt% $SiO_2$ nano colloidal added, which is amounted to a 187 % increase over that of smooth specimen. Limiting temperature for bending strength of crack-healed zone for bending strength was about 1273 K. However, the bending strength of SSTS-3 and SSTS-4 was considerably increased while that of SSTS-1 and SSTS-2 was decreased at a temperature of 1,573K.
The cyclic voltammogram characteristics at the magnetized SrO${\cdot}6Fe_{2}O_{3}$ ceramics/(($10^{-3}$M KCI + p-Si powders) and /(($10^{-4}$M CsNO$_3$ + n-GaAs powders) suspension interfaces have been studied using the microelectrophoresis and the cyclic voltammetric method. The negatively charged ions are specifically absorbed on the virgin and the magnetized SrO${\cdot}6Fe_{2}O_{3}$ ceramics surfaces. The zeta potentials of the p-Si and n-GaAs colloidal semiconductors are + 41mV and -44.8mV, respectively. The magnetization effects act as potential barriers at the magnetized SrO${\cdot}6Fe_{2}O_{3}$ interfaces. The positivelely charged p-Si and the negatively charged n-GaAs colloidal semiconductors act as potential barriers at the virgin SrO${\cdot}6Fe_{2}O_{3}$ interfaces. On the other hand, the charged p-Si and n-GaAs colloidal semiconductors act as potential barrier scavengers at the magnetized SrO${\cdot}6Fe_{2}O_{3}$ interfaces. The magnetization effects and the charged colloidal semiconductor effects are irreversible and interdependent.
$Si_3N_4/SiC$ composite ceramics was sintered in order to investigate their bending strength behavior after crack healing. $Y_2O_$ and $TiO_2$ power was added as sintering additives to enhance it's sintering property. A three-point bending specimen was cut out from sintered plates. About $100\;{\mu}m$ semi-circular surface cracks were made on the center of the tension surface of the three-point bending specimen using Vickers indenter. After the crack-healing processing from $500^{\circ}C$ to $1300^{\circ}C$, for 1 h, in air, the bending strength behavior of these crack-healed specimen coated with $SiO_2$ colloidal were determined systematically at room temperature. $Si_3N_4/SiC$ ceramics using additive powder ($Y_2O_3+TiO_2$) was superior to that of additive powder $Y_2O_3$. The additive powder $TiO_2$ exerted influence at growth of $Si_3N_4$. The optimum crack healing conditions coated $SiO_2$ colloidal were $1000^{\circ}C$ at $Si_3N_4/SiC$ using additive powder ($Y_2O_3+TiO_2$), and $1300^{\circ}C$ at $Si_3N_4/SiC$ using additive powder $Y_2O_3$.
Sialon was produced by hot-pressing the mixtures of $Si_3N_4$, AlN and $Y_2O_3$ powders. All fracture tests were performed on a three-point loading system with a 30 mm bending span. Fracture toughness and Vickers hardness of smooth specimen were average 7.05 $MPa{\cdot}m^{0.5}$ and Hv = 1580, respectively. Density of three kinds of specimens, smooth specimen, smooth and healed specimen, smooth with $SiO_2$ colloidal coating and healed specimen, had beyond 99 % of theoretical density. Bending strength of smooth healed specimens had high strength more than 1 GPa. Crack healed specimens recovered as strength as smooth specimen. That is, cracked specimen with $SiO_2$ colloidal coating on cracked part recovered strength by heat treatment, completely. Crack healing of $Si_3N_4$ composite ceramics had contributed glassy $SiO_2$ to strength recovery. Limiting high temperature for bending strength of heat treated smooth specimen for bending strength was about 1273 K.
This work describes the coloration, chemical stability of $SiO_2$ and $SnO_2$-coated blue $CoAl_2O_4$ pigment. The $CoAl_2O_4$, raw materials, were synthesized by a co-precipitation method and coated with silica ($SiO_2$) and tin oxide ($SnO_2$) using sol-gel method, respectively. To study phase and coloration of $CoAl_2O_4$, we prepared nano sized $CoAl_2O_4$ pigments which were coated $SiO_2$ and $SnO_2$ using tetraethylorthosilicate, $Na_2SiO_3$ and $Na_2SiO_3$ as a coating material. To determine the stability of the coated samples and their colloidal solutions under acidic and basic conditions, colloidal nanoparticle solutions with various pH values were prepared and monitored over time. Blue $CoAl_2O_4$ solutions were tuned yellow color under all acidic/basic conditions. On the other hand, the chemical stability of $SiO_2$ and $SnO_2$-coated $CoAl_2O_4$ solution were improved when all samples pH values, respectively. Phase stability under acidic/basic condition of the core-shell type $CoAl_2O_4$ powders were characterized by transmission electron microscope, X-ray diffraction, CIE $L^*a^*b^*$ color parameter measurements.
Laser-induced breakdown of colloidal suspensions, such as polystyrene, $ZrO_2$, and $SiO_2$ particles in diameters of 100-400 nm in water is investigated by nanosecond flash-pumped Nd:YAG laser pulses operating at a wavelength ${\lambda}$= 532 nm. The breakdown threshold intensity is examined in terms of breakdown probability as a function of laser pulse energy. The threshold intensity for $SiO_2$ particles ($1.27{\times}10^{11}\;W/cm^2$) with a size of 100 nm is higher than those for polystyrene and $ZrO_2$ particles with the same size, namely $5.7{\times}10^{10}$ and $5.5{\times}10^{10}\;W/cm^2$, respectively. Results indicate that the absorption of five photons is required to induce ionization of $SiO_2$ particles, whereas the other particles necessitate four-photon absorption. These breakdown thresholds are compared with those measured by nanosecond pulses from a diode-pumped Nd:YAG laser having a different focusing geometry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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