Abalone shell is a high strength and light weighted ceramic composite material, which is composed of $CaCO_3$ platelet and protein. Microstructure of abalone shell has a matrix structure that is similar to the bricks and mortar. The technology inspired from nature which consumes low energy at low temperature is called bioinspired technology. In this study, to make high strength and light weighted ceramic composite materials using bioinspired technology, porous green body was prepared with $Al_2O_3$ platelet. PMMA was infiltrated into the porous green body, then warm pressed to eliminate pores present in the composite. The microstructure of the composite was observed with FESEM, and the mechanical/thermal properties were measured.
Five Al2O3/SiC/metal composites with four different particle sizes of green SiC abrasive grains are grown by the directed oxidation of an commercially available Al-alloy. Oxidation was conducted in air at 100$0^{\circ}C$, 96 hours long. Slip casted SiC-fillers were placed on the alloy or SiC powder deposited up to the required layer thickness. Their microstructures are described and measurements of density, elastic constants, frexural strength, fracture toughness and work of fracture are reported. The results are compared with those of commercial dense sintered Al2O3. The properties of produced materials have a strong relationship to not only the properties of Al2O3, SiC, Al and Si but also to the phase share and phase distribution. The composite materials are dense (0.5% porosity), tough (KIC = 3.4~6.4 MPa{{{{ SQRT { m} }}), strong ({{{{ sigma }}B = 170~345 MPa) and reasonably shrinkage free producible. The reinforcements is attained mainly through the plastic deformation of ductile metal phase.
The tribological behaviour of monolithic SiC as well as SiC-TiC and SiC-TiC-$TiB_2$ particulate composite materials has been investigated in unlubricated oscillating sliding tests against $Al_2O_3$ at temperature in the range from room temperature up to $600^{\circ}C$. At temperatures below $600^{\circ}C$ the wear rate of the systems with the composite materials was up to 20 times lower than the wear of the $Al_2O_3$/SiC system and was dominated by the oxidation of the titanium phases. At $600^{\circ}C$ the oxidation rate of the TiC and -TEX>$TiB_2$ grains becomes predominant resulting in an enhanced wear rate of the composite rate of the TiC and TiB2 grains becomes predominant resulting in an enhanced wear rate of the composite materials. The coefficient of friction shows similar values for all materials of investigation, increasing from 0.25…0.3 at room temperature to 0.7…0.8 $600^{\circ}C$. The wear of the $Al_2O_3$/SiC system is mainly abrasive at temperatures above room temperature and is characterised by an enhanced wear of the alumina ball at $600^{\circ}C$.
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 $700^{\circ}C$.
An, Chang-Yeong;Yun, Gi-Seok;Jeong, Jung-Chae;Won, Chang-Wan
Korean Journal of Materials Research
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v.9
no.8
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pp.817-824
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1999
The $Al_2$$O_3$-SiC composite powder was prepared by Self-propagating High-Temperature Synthesis(SHS) process using $SiO_2$Al and C powders as raw material. The effects of the molar ratio in raw material, compaction pressure, initial temperature of reactants on the products and combustion process were studied. Self-propagating high temperature synthesis of $SiO_2$/Al/C system should be preheated above $400^{\circ}C$ owing to the low combustion temperature. As the result of the combustion reaction, the purity of final product became better than that of reactants. In this system, the optimum molar ratio of $SiO_2$:Al:C was 3.0:4.0:6.0. The free carbon was removed by roasting at $650^{\circ}C$ for 30min. In this study, pressureless sintering was very dffective both for controlling the disintegration of specimen with powder bed and for obtaining dense sintered-body at $1700^{\circ}C$. The sintered-body produced with hot-pressing was about 98% of the theoretical relative density.
The hot deformation behaviour of particulate reinforced aluminium 6061 Al composite were investigated by hot compression tests in the temperature range from 623K to 823K with strain rate of 10$^{-3}$ ~5.0 S$^{-1}$ . The effect of reinforced particulate volume fraction, mean diameter on the high temperature flow stress has also been studied. Experimental results showed that the increase in the volume fraction of reinforcement contributed to the rising of yield stress, but the stress above the yield point appeared to be steady state at all volume fractions. The apparent activation energy for deformation was 290KJ/mo1 for unreinforced 6061 Al, 327KJ/mo1 for 6061 Al-20vo1.% SiC composite and 531KJ/mo1 for 6061 Al-20vo1.%A1$_2$O$_3$composite. It appeared that $Al_2$O$_3$reinforced composites was more difficult to hot deform.
Al2TiO5 powder was prepared by the sol-gel processing from th metal alkoxides ; aluminium sec-butoxide (Al(OC4H9)3 and tetraethyl orthotitanate (Ti(OC2H5)4) The particles of Al2TiO5 produced from alkoxides were measured to be below $1.5mutextrm{m}$ and mre than 90% weere below 1 ${\mu}{\textrm}{m}$ however those from commercial alumina and titania were over 0.5-7${\mu}{\textrm}{m}$ and only 60% were below 1${\mu}{\textrm}{m}$ and 90% were below 2.5${\mu}{\textrm}{m}$ Therefore Al2TiO5 powder produced from alkoxides had the narrower distributionin size than that produced from the commercial alumina and titania powders. The addition of mullite or Al2O3 powder to the prepared aluminum titanate inhibited the grain growth and this resulted in decreased and increase in density.
The microstructure and mechanical property of hot-pressed $Al_2O_3/Cu$ composites with a different temperature for atmosphere changing from H$_{2}$ to Ar have been studied. When atmosphere-changed from H$_{2}$ to Ar gas at 145$0^{\circ}C$, the hot-pressed composite was characterized by inhomogeneous microstructure and low fracture strength. On the contrary, when atmosphere-changed at low temperature of 110$0^{\circ}C$ the composite showed more homogeneous microstructure, higher fracture strength and smaller deviation in strength. Based on the thermodynamic consideration and microstructural analysis, it was interpreted that the Cu wetting behavior relating to the formation of CuAlO$_{2}$ is probably responsible for strong dependence of microstructure on atmosphere changing temperature. The reason for a strong sensitivity of fracture strength and especially of its deviation to atmosphere changing temperature was explained by the microstructural inhomogeneity and by the role of CuAlO$_{2}$ phase on the interfacial bonding strength.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.22
no.5
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pp.397-404
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2009
Effects of ceramic filler types and dose on the low temperature sintering and dielectric properties of ceramic/$CaO-Al_2O_3-SiO_2$ (CAS) glass composites were investigated. All of the specimens were sintered at $850{\sim}900^{\circ}C$ for 2 h, which conditions are required by the low-temperature co-firing ceramic (LTCC) technology. Ceramic fillers of $CaCO_3$, $Al_2O_3$, $CaCO_3-Al_2O_3$ mixture, and $CaCO_3-Al_2O_3$ compound ($CaAl_2O_4$), respectively, were used. The addition of $Al_2O_3$ yielded the crystalline phase of alumina, which was associated with the inhibition of sintering, while, $CaCO_3$ resulted in no apparent crystalline phase but the swelling was significant. The additions of $CaCO_3-Al_2O_3$ mixture and $CaAl_2O_4$, respectively, yielded the crystalline phases of alumina and anorthite, and the sintering properties of both composites increased with the increase of filler addition and the sintering temperature. In addition, the $CaAl_2O_4$/CAS glass composite, sintered at $900^{\circ}C$, demonstrated good microwave dielectric properties. In overall, all the investigated fillers of 10 wt% addition, except $CaCO_3$, yielded reasonable sintering (relative density, over 93 %) and low dielectric constant (less than 5.5), demonstrating the feasibility of the investigated composites for the application of the LTCC substrate materials.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.11
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pp.2015-2022
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2008
The effect of content of $Al_2O_3+Y_2O_3$ sintering additives on the densification behavior, mechanical and electrical properties of the pressureless-sintered $SiC-ZrB_2$ electroconductive ceramic composites was investigated. The $SiC-ZrB_2$ electroconductive ceramic composites were pressurless-sintered for 2 hours at 1,700[$^{\circ}C$] temperatures with an addition of $Al_2O_3+Y_2O_3$(6 : 4 mixture of $Al_2O_3$ and $Y_2O_3$) as a sintering aid in the range of $8\;{\sim}\;20$[wt%]. Phase analysis of $SiC-ZrB_2$ composites by XRD revealed mostly of $\alpha$-SiC(6H), $ZrB_2$ and In Situ YAG($Al_5Y_3O_{12}$). The relative density, flexural strength, Young's modulus and vicker's hardness showed the highest value of 89.02[%], 81.58[MPa], 31.44[GPa] and 1.34[GPa] for $SiC-ZrB_2$ composites added with 16[wt%] $Al_2O_3+Y_2O_3$ additives at room temperature respectively. Abnormal grain growth takes place during phase transformation from $\beta$-SiC into $\alpha$-SiC was correlated with In Situ YAG phase by reaction between $Al_2O_3$ and $Y_2O_3$ additive during sintering. The electrical resistivity showed the lowest value of $3.l4{\times}10^{-2}{\Omega}{\cdot}cm$ for $SiC-ZrB_2$ composite added with 16[wt%] $Al_2O_3+Y_2O_3$ additives at 700[$^{\circ}C$]. The electrical resistivity of the $SiC-TiB_2$ and $SiC-ZrB_2$ composite was all negative temperature coefficient resistance (NTCR) in the temperature ranges from room temperature to 700[$^{\circ}C$]. Compositional design and optimization of processing parameters are key factors for controlling and improving the properties of SiC-based electroconductive ceramic composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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