In this study the subcritical crack growth behavior in an Al2O3-SiCw composite has been investigated using in situ fracture technique of applied moment double cantilever beam (AMDCB) specimens indside an SEM. This technique allows the detailed observation of whisker and grain bridging in the crack wake region. The experimental results indicated that the KI-a curve was deviated from the conventional powder law form and that the existed a region where the rate of microcrack growth was decreased with increasing the externally applied stress intensity factor. This behavior could be explained by arising crack growth resistance i.e. R-curve behavior which was associated with crack shielding due to whisker and grain bridging. The R-curve was also analyzed from the KI-a curve data in order to quantify the bridging effect in the Al2O3-SiCw composite.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.2
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pp.92-97
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2000
The mechanical and electrical properties of the hot-pressed and annealed $\beta$-SiC+39vol. %ZrB2 electroconductive ceramic composites were investigated by adding 1, 2, 3wt% Al2O3+Y2O3(6:4wt%) of the liquid forming additives. In this microstructures, no reactions were observed between $\beta-SiC$ and ZrB2. The relative density is over 90.8% of the theoretical density and the porosity decreased with increasing Al2O3+Y2O3 contents. Phase analysis of the composites by XRD revealed $\alpha-SiC(6H, 4H)$, ZrB2 and $\beta-SiC$(15R). Flexural srength showed the highest of 315.5MPa for composites added with 3wt% Al2O3+Y2O3 additives as room temperature. Owing to crack deflection and crack bridging of fracture toughness mechanism, the fracture toughness showed 5.5MPa.m1/2 and 5.3MPa.m1/2 for composites added with 2wt% and 3wt% Al2O3+Y2O3 additives respectively at room temperature. The area fraction of the elongated SiC grain in the etched surface of sample showed 65% and 65.1% for composite added with 2wt% and 3wt% Al2O3+Y2O3 additives respectively. The electrical resistivity at room temperature. The electrical resistivity of the composites wall all positive temperature coefficient(PTCR) against temperature up to $700^{\circ}C$.
Kim, Young-Hyun;Kim, Eok-Soo;Yeo, In-Dong;Lee, Kwang-Hak
Journal of Korea Foundry Society
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v.20
no.1
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pp.21-28
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2000
Ni and Ni-Cr porous metals which are estimated to be easy to fabricate by squeeze casting are used as strengtheners for composite materials. As a matrix material, Al-7%wtSi-0.3 wt%Mg(AC4C) has been used. In case of Ni/AC4C and Ni-Cr/AC4C composite, $750^{\circ}C$ melt temperature and minimum 25 MPa squeezing pressure are needed to produce sound composite materials. The observation of interfacial reaction zone at various heat treatment condition showed that solutionizing temperature of above 520^{\circ}C$, the interfacial reaction zone increased proportionally with increasing heat treatment tim and reaction products formed by interfacial reaction are mainly composed of $Al_3Ni$ and $Al_3Ni_2$ phases. The tensile strength of Ni/AC4C and Ni-Cr/AC4C composite is lower than the matrix metal and this can be explained by the brittle intermetallic compounds formed at the interface of Ni and Ni-Cr reinforcements. But the properies of hardness, wear resistance and thermal expansion are better than the matrix due to the strengthening effect of Ni-Cr porous metals.
Porous hybrid preforms were fabricated by reactive sintering using the compacts consisting of SiC particles, Fe and Al powders. Squeeze casting processing was employed to produce the composite in which the matrix phase is Al-Si7Mg. The microstructural change and wear resistance of the composites were investigated in terms of an amount of SiC particles. The wear loss was increased with increasing the contact pressure in the alloy containing SiC particles coated with Cu. The most drastic change was found to the specimen tested at 2.5 MPa of contact pressure. Concerning the alloys containing SiC particles coated with Ni-P, a drastic increase in the wear loss exhibited at 2 MPa of contact pressure in those alloys containing 4 and 8 wt. % of SiC particles coated with Ni-P. In the alloy containing 16 wt. % a proportional increase in wear loss was observed to the change of contact pressure. With respecting to the sliding velocity, the wear loss of the alloy containing SiC particles coated with Cu increased at the initial stage of wear process and then decreased. Similar result was found in the alloys containing SiC particles coated with Ni-P. On the basis of the present results obtained, it was found that wear resistance of the alloys tested was improved to show in the order of the alloy reinforced by coated SiC particles > by uncoated SiC particles > by intermetallic compound without SiC particles.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.9
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pp.516-522
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2000
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 $256{\circ}C\; to\; 900^{\circ}C$.
Kim, Dong-Hyeon;Maeng, Deok-Yeong;Lee, Jong-Hyeon;Won, Chang-Whan
Korean Journal of Materials Research
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v.9
no.3
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pp.315-321
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1999
Metal matrix composites have been extensively studied because of their excellent characteristics for structural application. $Al_2O_3$ and SiC have been used as a common reinforcement owing to their good mechanical properties. However the manufacturing cost of these ceramic reinforcement is expensive, so the use of the composites has been restricted to special purposes. In this study, we tested the application possibility as a reinforcement of $Al_2O_3$-TiC powder synthesized by SHS(Self-propagating High-temperature Synthesis) process to Al alloy matrix composite. Also, $Al_2O_3$ short fibers were added with the synthesized powders in order to apply to the Al matrix hybrid composites. Squeeze infiltration casting process was used to make the composite with 25vol% of reinforcement. Microstructure and crystal structure were examined by SEM, OM and XRD, also the mechanical properties were studied by the compressive test and wear test.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.18
no.2
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pp.112-120
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1998
A nondestructive evaluation technique was developed for the quantitative determination of the reinforcement volume fractions in particulate reinforced metal matrix composites. The proposed technique employed a composite micromechanics which accounts for the microstructure of the composite medium together with the measurement of anisotropic electrical conductivity. When the measured conductivity was coupled with the theoretically predicted conductivity, the unknown reinforcement volume fraction was calculated. An analytical model based on the Mori-Tanaka method was described which relates the NDE signatures to the composite microstructure. The volume fractions were calculated using eddy current measurements made on a wide range of silicon carbide particulate ($SiC_p$) reinforced aluminum (Al) matrix composites. The calculated $SiC_p$ volume fractions were in good agreement with the measured volume fractions in the range of 0-30%. The technique was also found to be effective in estimating the total volume percentage of reinforcement and intermetallic compound formed during the processing stage.
Mullite-matrix and $Al_2O_3$-matrix composites were fabricated with 30 wt% hydroxyapatite (HA) and tricalcium phosphate (TCP), respectively, as additives to give bioactivity. A diphasic gel process was employed to lower the densification temperature of the mullite matrix to $1320^{\circ}C$. A polymer complexation process was used to synthesize a TCP powder that was fully densified at $1250^{\circ}C$, for application to the matrix. For the HA/mullite composite, HA decomposed during sintering by reactions with the matrix components of $Al_2O_3$ and $SiO_2$, resulting in a mixture of $Al_2O_3$, TCP, and other minor phases with a low densification of less than 88% of the theoretical density (TD). In contrast, the TCP/$Al_2O_3$ composite was highly densified by sintering at $1350^{\circ}C$ to 96%TD with no reaction between the components. Different from the TCP monolith, the TCP/$Al_2O_3$ composite also showed a fine microstructure and intergranular fracture, both of which characteristics are advantageous for strength and fracture toughness.
Hot restoration mechanism flow stress and stain of the Al2024 composites reinforced with 1,8,15,36, and $44{\mu}m\;SiC_p$(10 vol. %) were studied by hot torsion tests. The hot restoration mechanism of all the composites was found to be dynamic recrystallization(DRX) at $320^{\circ}C$ while that of the composites reinforced with 1 and $8{\mu}m\;SiC_p$ was found to be dynamic recovery(DRX) at $480^{\circ}C$. It was found that the Al2024 composite with $15{\mu}m\;SiC_p$ showed the highest flow stress(${\sim}$223 MPa) at $320^{\circ}C$ under a strain rate of 1.0/sec. Also the highest flow strain of the composites was obtained at $430^{\circ}C$. The com-posites reinforced with 1 and $8{\mu}m\;SiC_p$ showed lower flow stress and higher flow strain at $480^{\circ}C$ than those of the composites reinforced with 15, 36, and $44\;{\mu}m\;SiC_p$ These result were discussed in relation to the transition of the hot restoration mechanism. $DRX{\leftrightarrow}DRV$. The dependence of flow stress on strain rate and temperature was attempted to fit with the hyperbolic sine equation ($\dot{\varepsilon}=A[sinh({\alpha}{\cdot}{\sigma}_p]^n$ exp(-Q/RT)and Zener-Hollomon parameter($Z=\;\dot{\varepsilon}\;exp(Q/RT))$.
In this study, the MXene/Si composite was prepared by electrostacic assembly with 2-dimensional structured titanium carbide (MXene) and nano silicon for anode material of high-performance lithium-ion battery. Ti3C2Tx MXene was synthesized by etching the Ti3AlC2 MAX with LiF/HCl, and the surface of nano silicon was charged to positively using CTAB (Cetyltrimethylammonium bromide). The MXene/Si anode composite was successfully manufactured by simple mixing process of synthesized MXene and charged silicon. The physical and electrochemical properties of prepared composite were investigated with MXene-silicon composition ratio, and the surface of electrode after cycles was analyzed to evaluate stability of the electrode. The MXene/Si composites demonstrated high initial discharge capacities of 1962.9, 2395.2 and 2504.3 mAh/g as the silicon composition ratio increased to 2, 3 and 4 compared to MXene, respectively. MXene/Si-4, which is MXene and silicon ratio with 1 : 4, exhibited 1387.5 mAh/g of reversible capacity, 74.5% of capacity retention at 100 cycles and high capacity of 700.5 mAh/g at high rate of 4.0 C. As the results, the MXene/Si composite prepared by electrostatic-assenbly could be applied to anode materials for high-performance LIBs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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