Composite powder of$B_4C-A1_2O_3$was prepared from a mixed powder of$B_2O_3/A1/C$by SHS under argon pressure instead of using a chemical furnace. A mixture of$B_2O_3,$Al and C powder (equivalent amounts to the reaction,$2B_2O_3+4A1+C=B_4C+2A1_2O_3)$was ball milled for 2 h. The mixed powder was placed in a SHS reactor and filled with 10 atm of argon gas and ignited. The inner and outer products were the same by XRD analysis. It was consisted of a composite powder of$B_4C-A1_2O_3$without $AlB_{12}/C_2$which was always produced using a chemical furnace. The composite powder was about$60~100{mu}m$size which was composed of crystalline particles of about 0.3~l${mu}m$size. But when 15 atm of argon was employed, partial sintering took place to give rise hard composite powder of$15~25{mu}m$$B_4C$with $0.1~0.2{mu}m$$A1_2O_3.$
Park, Jin-Ju;Hong, Sung-Mo;Kim, Kyoung-Yeol;Lee, Min-Ku;Rhee, Chang-Kyu;Rhee, Won-Hyuk;Lee, Yang Kyu
Journal of Powder Materials
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v.20
no.3
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pp.215-220
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2013
In the present work, 6061 Al-$B_4C$ sintered composites containing different $B_4C$ contents were fabricated and their characteristic were investigated as a function of sintering temperature. For this, composite powders and their compacts with $B_4C$ various contents from 0 to 40 wt.% were fabricated using a planetary ball milling equipment and cold isostatic pressing, respectively, and then they were sintered in the temperature ranges of 580 to $660^{\circ}C$. Above sintering temperature of $640^{\circ}C$, real density was decreased due to the occurrence of sweat phenomena. In addition, it was realized that sinterability of 6061Al-$B_4C$ composite material was lowered with increasing $B_4C$ content, resulting in the decrease in its real density and at the same time in the increment of porosity.
In the present work, Al-$B_4C$ composite powders were fabricated using a mechanical milling process and its milling behaviors and mechanical properties as functions of $B_4C$ sizes ( $100{\mu}m$, 500 nm and 50 nm) and concentrations (1, 3 and 10 wt.%) were investigated. For achieving it, composite powders and their compacts were fabricated using a planetary ball mill machine and magnetic pulse compaction technology. Al-$B_4C$ composite powders represent the most uniform dispersion at a milling speed of 200 rpm and a milling time of 240 minutes. Also, the smaller $B_4C$ particles were presented, the more excellent compositing characteristics are exhibited. In particular, in the case of the 50 nm $B_4C$ added compact, it showed the highest values of compaction density and hardness compared with the conditions of $100{\mu}m$ and 500 nm additions, leading to the enhancement its mechanical properties.
Formation of$B_4C/Al$composite by pressureless infiltration was investigated by lowering wetting angle via surface modification of $B_4C$powder with alumina precursor. Surface modification was confirmed by zeta potential analysis. The$B_4C/Al$composite was prepared by placing an Al 6061 disk on the$B_4C$preform and heating at $1030{\circ}C$/20 min under a flowing argon, but no infiltration took place for a bare $B_4C$ preform even at$1250{\circ}C$/30 min. Analysis of XRD and SEM showed the $Al_3BC$phase besides$B_4C$and Al, but no trace of deteriorative$A1_4C_3$.
In this study, we describe the conventional hot pressing (CHP) of layered $Al-B_4C$ composites and their characterization. The matrix alloy Al-5 wt.%Cu was prepared from elemental powder mixtures. The metal and B4C powders were mixed to produce either $Al-Cu-10vol.%B_4C$ or $Al-Cu-30vol.%B_4C$ combinations. Then, these powder mixtures were stacked as layers in the hot pressing die to form a two-layered composite. Hot pressing was carried out under nitrogen atmosphere to produce $30\times40\times5mm$ specimens. Microstructural features and age hardening characteristics of composites were determined by specimens cut longitudinally. The flexural strength of both layered composites and their monolithic counterparts were investigated via three point bending tests. In the case of layered specimens of both $10vol.%B_4C$ and $30vol.%B_4C$ containing layers were loaded for three-point test. The results show that a homogeneous distribution of $B_4C$ particles in the matrix alloy which is free of pores, can be obtained by CHP method. The ageing behavior of the composites was found to be influenced by the reinforced materials, i.e. higher hardness values were reached in 8 hrs for the composites than that for the matrix alloy. Flexural strength test showed that two-layered composites exhibited improved damage tolerance depending on layer arrangement. Microstructural investigation of the fracture surfaces of the bending specimens was performed by means of scanning electron microscope (SEM). While layer with lower reinforcement content exhibited large plastic deformation under loading, the other with higher reinforcement content exhibited less plastic deformation.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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1996.11a
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pp.6-6
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1996
Ceramic based nanocomposite, in which nano-sized ceramics and metals were dispersed within matrix grains and/or at grain boundaries, were successfully fabricated in the ceramic/cerarnic and ceramic/metal composite systems such as $Al_2O_3$/SiC, $Al_2O_3$/$Si_3N_4$, MgO/SiC, mullite/SiC, $Si_3N_4/SiC, $Si_3N_4$/B, $Al_2O_3$/W, $Al_2O_3$/Mo, $Al_2O_3$/Ni and $ZrO_2$/Mo systems. In these systems, the ceramiclceramic composites were fabricated from homogeneously mixed powders, powders with thin coatings of the second phases and amorphous precursor composite powders by usual powder metallurgical methods. The ceramiclmetal nanocomposites were prepared by combination of H2 reduction of metal oxides in the early stage of sinterings and usual powder metallurgical processes. The transmission electron microscopic observation for the $Al_2O_3$/SiC nanocomposite indicated that the second phases less than 70nm were mainly located within matrix grains and the larger particles were dispersed at the grain boundaries. The similar observation was also identified for other cerarnic/ceramic and ceramiclmetal nanocornposites. The striking findings in these nanocomposites were that mechanical properties were significantly improved by the nano-sized dispersion from 5 to 10 vol% even at high temperatures. For example, the improvement in hcture strength by 2 to 5 times and in creep resistance by 2 to 4 orders was observed not only for the ceramidceramic nanocomposites but also for the ceramiclmetal nanocomposites with only 5~01%se cond phase. The newly developed silicon nitride/boron nitride nanocomposites, in which nano-sized hexagonal BN particulates with low Young's modulus and fracture strength were dispersed mainly within matrix grains, gave also the strong improvement in fracture strength and thermal shock fracture resistance. In presentation, the process-rnicro/nanostructure-properties relationship will be presented in detail. The special emphasis will be placed on the understanding of the roles of nano-sized dispersions on mechanical properties.
Ti-Ni-Cu alloy powders were fabricated by ball milling, and the properties of these powders were characterized. Mixed 50Ti-(50-x)Ni-xCu powders of 5 to 10at.%Cu composition were milled for 100 hours using SUS 1/4" balls in argon atmosphere. Ball to powder ratio was 20:1 and rotating speed was 100 rpm. Tensile strength, microstructure and phase transformation of ball milled Ti-(50-x)Ni-xCu powders were studied. After 100 hours milling, Ti, Ni and Cu elements were alloyed completely and an amorphous phase was formed. Amorphous phase was crystallized to martensite(B 19') and austenite(B2) after heat treatment for 1 hour at $850^{\circ}C$. As the Cu contents were increased, tensile strength of extruded 6061Al/TiNiCu was decreased, and B19'martensite phases In the TiNi particles were the causes of high tensile stress of extruded 6061Al/TiNiCu.NiCu.
The effect of $Al_{2}O_{3}$ additives on the microstructure, mechanical and electrical properties of ${\beta}$-SiC+39vol.%$ZrB_2$ electroconductive ceramic composites by pressureless sintering were investigated. The ${\beta}$-SiC+39vol.%$ZrB_2$ ceramic composites were pressureless sintered by adding 4, 8, 12wt.% $Al_{2}O_{3}$ powder as a liquid forming additives at $1950^{\circ}C$ for 1h. Phase analysis of composites by XRD revealed mostly of $\alpha$-SiC(6H), $ZrB_2$ and weakly $\alpha$-SiC(4H), $\beta$-SiC(15R) phase. The relative density of composites was lowered by gaseous products of the result of reaction between $\beta$-SiC and $Al_{2}O_{3}$ therefore, porosity was increased with increased $Al_{2}O_{3}$ contents. The fracture toughness of composites was decreased with increased $Al_{2}O_{3}$ contents, and showed the maximum value of $1.4197MPa{\cdot}m^{1/2}$ for composite added with 4wt.% $Al_{2}O_{3}$ additives. The electrical resistivity of ${\beta}$-SiC+39vol.%$ZrB_2$ electroconductive ceramic composite was increased with increased $Al_{2}O_{3}$ contents, and showed positive temperature coefficient resistance (PTCR) in the temperature from $25^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$.
The mechanical properties of B$_4$C/Al composites normally depend on the species and quantity of reaction products between B$_4$C and Al and then the control of reaction products is necessary to make desirable composites for lightweight advanced or armor materials. TiB$_2$ is chemically inert with aluminum and has a lower contact angle (85$^{\circ}$ at 100$0^{\circ}C$) to liquid aluminum than B$_4$C. Thus, TiB$_2$ coating on B$_4$C may lower infiltration temperature of aluminum when the B$_4$C/Al composites is fabricated by infiltration process. In this study, the effects of TiB$_2$ on the microstructure and mechanical properties of the B$_4$C/Al composites have been investigated. TiB$_2$ coated B$_4$C powder was prepared using the sol-gel technique. It was found that the B$_4$C surface is homogeneously covered with TiB$_2$ having a particles size of 20-50 nm. While the B$_4$C/Al composites prepared by infiltration after TiB$_2$ coating had 17 wt% of unreacted Al, on the other hand, the B$_4$C/Al composites without coating included 14 wt% of Al. As a result, the composites infiltrated after the coating showed higher fracture toughness and lower hardness. This strongly suggests that TiB$_2$ not only lowers the infiltration temperature, but also inhibits the reaction between B$_4$C and Al.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.48
no.2
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pp.98-103
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1999
The effect of $Al_2O_3$ additives to $\beta-SiC+39vol.%ZrB_2$ electroconductive ceramic composites by pressureless sintering on microstructural, mechanical and electrical properties were investigated. The $\beta-SiC+39vol.%ZrB_2$ ceramic composites were pressureless sintered by adding 4, 8, 12wt.% $Al_2O_3$ powder as a liquid forming additives at $1950^{\cire}C$ for 1h. Phase analysis of composites by XRD revealed mostly of $\alpha-SiC(6H), ZrB_2$ and weakly $\alpha-SiC(4H), \beta-SiC (15R)$ phase. The relative density of composites was lowered by gaseous products of the result of reaction between \beta-SiC and Al_2O_3$, therefore, porosity was increased with increasing $Al_2O_3$ contents, and showed the maximum value of 1.4197MPa.$m^{1/2}$ for composite with 4wt.% $Al_2O_3$ additives. The electrical resistivity of $\beta-SiC+39vol.%ZrB_2$ electroconductive ceramic composite was increased with increasing $Al_2O_3$ contents, and showed positive temperature coefficient resistance (PTCR) in the temperature range of $25^{\cire}C$ to $700^{\cire}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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