Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.23
no.4_2
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pp.669-674
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2020
Liquid-phase-sintered (LPS) SiC materials were briefly examined with their microstructure and mechanical property. Especially, effect of high-temperature exposure on the tendency of fracture toughness of LPS-SiC were introduced. The LPS-SiC was fabricated in hot-press by sintering powder mixture of sub-micron SiC and sintering additives of Al2O3-Y2O3. LPS-SiC represented dense morphology and SiC grain-growth with some amount of micro-pores and clustered additives as pore-filling. The strength of LPS-SiC might affected by distribution of micro-pores. LPS-SiC tended to decrease fracture toughness depending on increasing exposure temperature and time.
The efficiency of fiber reinforced CMC(ceramic matrix composite) on the SiC materials have been investigated, in conjunction with the fabrication process by liquid phase sintering and the characterization. LPS-$SiC_f$/SiC composites was studied with the detailed analysis such as the microstructure, sintered density, flexural strength and fracture behavior. The applicability of carbon interfacial layer has been also investigated in the LPS process. Submicron SiC powder with the constant total amount and composition ratio of $Al_2O_3,\;Y_2O_3$ as sintering additives was used in order to promote the performance of the SiC matrix material. LPS-$SiC_f$/SiC composites were fabricated with hot press under the sintering temperature and applied pressure of $1820^{\circ}C$ and 20MPa for 1hr. The typical property of monolithic LPS-SiC materials was compared with LPS-$SiC_f$/SiC composites.
The mechanical properties of liquid phase sintered (LPS) SiC materials, with the addition of oxide powder, were investigated, in conjunction with a detailed analysis of their microstructures. LPS-SiC materials were fabricated at a temperature of 1820 $^{\circ}C$ under an argon atmosphere, using three different starting sizes of SiC particles. The sintering additive for the fabrication of the LPS-SiC materials was an $Al_2O_3-Y_2O_3$ mixture with a constant composition ratio ($Al_2O_3/Y_2O_3$: 1.5). The particle sizes of the commercial SiC powderswere 30 nm, 0.3 $\mu$m, and 3.0 $\mu$m. The flexural strength of the LPS-SiC materials was also examined at elevated temperatures. A decrease in the starting size of the SiC particles led to an increase in the flexural strength of the LPS-SiC materials, accompanying a highly dense morphology with the creation of a secondary phase. Such a secondary phase was identified as $Y_3Al_2(AlO_4)2$. The flexural strength of the LPS-SiC materials greatly decreased with an increase in the test temperature, due to the creation of a large amount of pores.
In this study, monolithic liquid phase sintered SiC (LPS-SiC) was made by the hot pressing method with nano-SiC powder, whose particle size is 30 nm and less on the average. Alumina ($Al_{2}O_{3}$), yttria ($Y_{2}O_{3}$), and silica ($S_{i}O_{2}$) were used for sintering additives. To investigate the effects of $S_{i}O_{2}$, the $Al_{2}O_{3}/Y_{2}O_{3}$ composition was fixed and the ratio of $S_{i}O_{2}$ was changed, with seven different ratios tested. And to investigate the effects of the sintering temperature, the sintering temperature was changed, with $1760^{\circ}C,\;1780_{\circ}C$, and $1800_{\circ}C$ being used with a $S_{i}O_{2}$ ratio of 3 wt%. The materials were sintered for 1 hour at $1760^{\circ}C,\;1780^{\circ}C$ and $1800^{\circ}C$ under a pressure of 20 MPa. The effects on sintering from the sintering system used, as well as from the composition of the sintering additives, were investigated by density measurements. Mechanical properties, such as flexural strength, were investigated to ensure the optimum conditions for a matrix of SiCf/SiC composites. Sintered densityand the flexural strength of fabricated LPS-SiC increased with an increase in sintering temperature. Particularly, the relative density of a sintered body at $1800^{\circ}C$ with a non-content of $S_{i}O_{2}$, a specimen of AYSO-1800, was 95%. Also, flexural strength was about 750MPa.
Keys to the attainment of tailored properties in SiC ceramics are microstructure control and judicious selection of the sintering additives. In this study, three different strategies for controlling microstructure of liquid-phase-sintered SiC ceramics (LPS-SiC) have been suggested: control of the initial $\alpha-SiC$ content in the starting powder, a seeding technique, and a post-sintering heat treatment. The strategies suggested offer substantial flexibility for producing toughened SiC ceramics whereby grain size, grain size distribution, and aspect ratio can be effectively controlled. The present results suggest that the proposed strategies are suitable for the manufacture of toughened SiC ceramics with improved toughness.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.9
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pp.1602-1608
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2007
The composites were fabricated, respectively, using 61[vol.%] SiC-39[vol.%] $TiB_2$ and using 61[vol.%] SiC-39[vol.%] $ZrB_2$ powders with the liquid forming additives of 12[wt%] $Al_2O_3+Y_2O_3$ by hot pressing annealing at $1650[^{\circ}C]$ for 4 hours. Reactions between SiC and transition metal $TiB_2$, $ZrB_2$ were not observed in this microstructure. The result of phase analysis of composites by XRD revealed SiC(6H, 3C), $TiB_2$, $ZrB_2$ and $YAG(Al_5Y_3O_{12})$ crystal phase on the Liquid-Phase-Sintered(LPS) $SiC-TiB_2$, and $SiC-ZrB_2$ composite. $\beta\rightarrow\alpha-SiC$ phase transformation was occurred on the $SiC-TiB_2$ and $SiC-ZrB_2$ composite. The relative density, the flexural strength and Young's modulus showed the highest value of 98.57[%], 249.42[MPa] and 91.64[GPa] in $SiC-ZrB_2$ composite at room temperature respectively. The electrical resistivity showed the lowest value of $7.96{\times}10^{-4}[\Omega{\cdot}cm]$ for $SiC-ZrB_2$ composite at $25[^{\circ}C]$. The electrical resistivity of the $SiC-TiB_2$ and $SiC-ZrB_2$ composite was all positive temperature coefficient resistance (PTCR) in the temperature ranges from $25[^{\circ}C]$ to $700[^{\circ}C]$. The resistance temperature coefficient of composite showed the lowest value of $1.319\times10^{-3}/[^{\circ}C]$ for $SiC-ZrB_2$ composite in the temperature ranges from $100[^{\circ}C]$ to $300[^{\circ}C]$ Compositional design and optimization of processing parameters are key factors for controlling and improving the properties of SiC-based electroconductive ceramic composites.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.11
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pp.1003-1009
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2008
In this study, liquid phase sintered SiC (LPS-SiC) materials were made by hot pressing method. The particle size of nano-SiC powder was 30nm. Alumina ($Al_2O_3$), yttria ($Y_2O_3$) and silica ($SiO_2$) were used for sintering additives. To investigate effects of $SiO_2$, ratios of $SiO_2$ contents were changed by five kinds. Materials have been sintered for 1 hour at $1760^{\circ}C$, $1780^{\circ}C$ and $1800^{\circ}C$ under the pressure of 20MPa. The system of sintering additives which affects a property of sintering as well as the influence depending on compositions of sintering additives were investigated by measurement of density, mechanical properties such as flexural strength, vickers hardness and sliding wear resistance were investigated to make sure of the optimum condition which is about matrix of $SiC_f$/SiC composites. The abrasion test condition apply to load of 20N at 100RPM for 20min. Sintered density, flexural strength of fabricated LPS-SiC increased with increasing the sintering temperature. And in case of LPS-SiC with low $SiO_2$, sliding wear resistance has very excellent. Monolithic SiC $1800^{\circ}C$ sintering temperatures and 3wt% have excellent wear resistance.
Park, Yi-Hyun;Jung, Hun-Chae;Kim, Dong-Hyun;Yoon, Han-Ki;Kohyam, Akira
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.204-209
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2004
SiC materials have been extensively studied for high temperature components in advanced energy system and advanced gas turbine. However, the brittle characteristics of SiC such as low fracture toughness and low strain-to fracture still impose a severe limitation on practical applications of SiC materials. For these reasons, $SiC_f/SiC$ composites can be considered as a promising for various structural materials, because of their good fracture toughness compared with monolithic SiC ceramics. But, high temperature and pressure lead to the degradation of the reinforcing fiber during the hot pressing. Therefore, reduction of sintering temperature and pressure is key requirements for the fabrication of $SiC_f/SiC$ composites by hot pressing method. In the present work, Monolithic LPS-SiC was fabricated by hot pressing method in Ar atmosphere at 1760 $^{\circ}C$, 1780 $^{\circ}C$, 1800 $^{\circ}C$ and 1820 $^{\circ}C$ under 20 MPa using $Al_2O_3-Y_2O_3$ system as sintering additives in order to low sintering temperature. The starting powder was high purity ${\beta}-SiC$ nano-powder with an average particle size of 30 nm. Monolithic LPS-SiC was evaluated in terms of sintering density, micro-structure, flexural strength, elastic modulus and so on. Sintered density, flexural strength and elastic modulus of fabricated LPS-SiC increased with increasing the sintering temperature. In the micro-structure of this specimen, it was found that grain of sintered body was grown from 30 nm to 200 nm.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.11a
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pp.266-270
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2004
SiC materials have been extensively studied for high temperature components in advanced energy system and advanced gas turbine because it has excellent high temperature strength, low coefficient of thermal expansion, good resistance to oxidation and good thermal and chemical stability etc. However, the brittle characteristics of SiC such as low fracture toughness and low strain-to fracture still impose a severe limitation on practical applications of SiC materials. For these reasons, SiC/SiC composites can be considered as a promising for various structural materials, because of their good fracture toughness compared with monolithic SiC ceramics. But, high temperature and pressure lead to the degradation of the reinforcing jiber during the hot pressing. Therefore, reduction of sintering temperature and pressure is key requirements for the fabrication of SiC/SiC composites by hot pressing method. In the present work, monolithic Liquid Phase Sintered SiC (LPS-SiC) was fabricated by hot pressing method in Ar atmosphere at $1800^{\circ}C$ under 20MPa using $Al_2O_3,\;Y_2O_3\;and\;SiO_2$ as sintering additives in order to low sintering temperature and sintering pressure. The starting powder was high purity $\beta-SiC$ nano-powder with all average particle size of 30mm. The characterization of LPS-SiC was investigated by means of SEM and three point bending test. Base on the composition of sintering additives-, microstructure- and mechanical property correlation, tire compositions of sintering additives are discussed.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.162-165
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2006
In this study, Liquid Phase Sintered SiC (LPS-SiC) was fabricated by hot pressing method with $\beta$-SiC powder whose a particle size is 30nm and less on the average in argon condition at 1780 and $1800^{\circ}C$ under 20MPa. Alumina ($Al_2O_3$), yttria ($Y_2O_3$) and silica ($SiO_2$) were used for sintering additives. To investigate effects of particle-size and temperature on $SiO_2$, LPS-SiC was fixed $Al_2O_3$, $Y_2O_3$ and then particle-size of $SiO_2$ were changed as two kinds. The system of particle-size and temperature on sintering additives which affects a property of sintering os well os the influence depending on particle-size and temperature of sintering additives were investigated by measurement of sintering properties. Such as measurement of sintering density, vikers hardness and observing of microstructure were investigated to make sure of the optimum condition which is about matrix of $SiC_f/SiC$ composites. Base on the composition of sintering additives, microstructure and sintering property correlation, the effect of particle-size of sintering additives are discussed. An experimental method to investigate the dynamic characteristics of bums in extreme environmental condition is established.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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