Cu-based sulfides have recently emerged as promising thermoelectric (TE) materials due to their low cost, non-toxicity, and abundance. In this research, point defect structure of Cu2-xZnSnS4 (x=0.1, 0.2, 0.3) samples were synthesized by the mechanical alloying method. Mixed powders of Cu, Zn, Sn and S were milled using high energy ball milling at a rotation speed of 300 rpm in Ar atmosphere. The milled Cu2-xZnSnS4 powders were heat-treated at 723 K for 24 h, and subsequently consolidated using spark plasma sintering (SPS) under an applied pressure of 60 MPa for 15 min. The thermal conductivity of the sintered Cu2-xZnSnS4 samples was evaluated. A well-defined Cu2-xZnSnS4 powders were successfully formed after milling for 16 h, with the particle sizes mostly distributed in the range of 60-100 nm. The lattice constants of aand cdecreased with increasing composition value x. The thermal conductivity of sintered x=0.1 sample exhibited the lowest value and attained 0.93 W/m K at 673 K.
CHEENEPALLI NAGARJUNA;BABU MADAVALI;MYEONG-WON LEE;SUK-MIN YOON;SOON-JIK HONG
Archives of Metallurgy and Materials
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제64권2호
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pp.551-557
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2019
The dispersion of nanoparticles in the host matrix is a novel approach to enhance the thermoelectric performance. In this work, we incorporate the TiC (x = 0, 1 and 2 wt.%) nanoparticles into a p-type Bi0.5Sb1.5Te3 matrix, and their effects on microstructure and thermoelectric properties were systematically investigated. The existence of TiC contents in a base matrix was confirmed by energy dispersive X-ray spectroscopy analysis. The grain size decreases with increasing the addition of TiC content due to grain boundary hardening where the dispersed nanoparticles acted as pinning points in the entire matrix. The electrical conductivity significantly decreased and the Seebeck coefficient was slightly enhanced, which attributes to the decrease in carrier concentration by the addition of TiC content. Meanwhile, the lowest thermal conductivity of 0.97 W/mK for the 2 wt.% TiC nanocomposite sample, which is ~16% lower than 0 wt.% TiC sample. The maximum figure of merit of 0.90 was obtained at 350 K for the 0 wt.% TiC sample due to high electrical conductivity. Moreover, the Vickers hardness was improved with increase the addition of TiC contents.
Mechanical alloying is an effective process to finely distribute inert dispersoids in an Al-TM(TM is a transition metal) system. It has been considered that high melting point aluminides are formed by precipitation from supersaturated Al(Ti) powder. This analysis is based on the fact that much higher content of TM than the solubioity can be dissolved in alpha aluminum during the high energy ball milling. Thus, decomposition behavior of Ti in the Al(Ti) was considered very important. But it is confirmed that the higher portion of Ti than Al(Ti) solid solution is existed as nano-sized Ti particles in the MA powders by high energy ball nilling from the XRD spectrum and TEM analysis in this study. Therefore, the role of undissolved TM particles affect the formation of aluminides should be suitably considered. In this study, we present experimental observation on the formation of $Al_3Ti$ fron mechanical alloyed Al-Ti alloys in the hyperperitectic region. This study showed that, in the mechanically alloyed Al-20wt%Ti specimen, intermediate phase of cubic $Al_3Ti$ and tetragonal $Al_{24}Ti_8$ formed at $300{\sim}400^{\circ}C$ and $400{\sim}500^{\circ}C$, respectively, before the MA state reaches to equilibrium at higher temperatures. The formation behavior of $Ll_2-Al_3Ti$ is interpreted by interdiffusion of Al and Ti in solid state based on the fact that large amount of nano-sized Ti particles exist in the milled powder. Present analysis indicated undissolved Ti particles of nanosize should have played an important role initiation the formation of $Al_3Ti$ phase during annealing.
The synthesis and characteristics of W-Ni-Fe nanocomposite powder by hydrogen reduction of ball milled W-Ni-Fe oxide mixture were investigated. The ball milled oxide mixture was prepared by high energy attrition milling of W blue powder, NiO and $Fe_2O_3$ for 1 h. The structure of the oxide mixture was characteristic of nano porous agglomerate composite powder consisting of nanoscale particles and pores which act as effective removal path of water vapor during hydrogen reduction process. The reduction experiment showed that the reduction reaction starts from NiO, followed by $Fe_2O_3$ and finally W oxide. It was also found that during the reduction process rapid alloying of Ni-Fe yielded the formation of $\gamma$-Ni-Fe. After reduction at 80$0^{\circ}C$ for 1 h, the nano-composite powder of W-4.57Ni-2.34Fe comprising W and $\gamma$-Ni-Fe phases was produced, of which grain size was35nm for W and 87 nm for $\gamma$-Ni-Fe, respectively. Sinterability of the W heavy alloy nanopowder showing full density and sound microstructure under the condition of 147$0^{\circ}C$/20 min is thought to be suitable for raw material for powder injection molding of tungsten heavy alloy.
The effects of different types of process control agents (PCA) on the microstructure evolution of Ni-based oxide dispersion-strengthened superalloy have been investigated. Alloy synthesis was performed on elemental powders having a nominal composition of Ni-15Cr-4.5Al-4W-2.5Ti-2Mo-2Ta-0.15Zr-1.1Y2O3 in wt % using high energy ball milling for 5 h. The prepared powders are consolidated by spark plasma sintering at 1000℃. Results indicated that the powder ball-milled with ethanol as PCA showed large particle size, low carbon content and homogeneous distribution of elemental powders compared with the powder by stearic acid. The sintered alloy prepared by ethanol as PCA exhibited a homogeneous microstructure with fine precipitates at the grain boundaries. The microstructural characteristics have been discussed on the basis of function of the PCA.
Boron carbide (B4C) is highly significant in the production of lightweight protective materials when added to aluminum owing to its exceptional mechanical properties. In this study, a method for fabricating Al-B4C composites using high-energy ball milling and directed energy deposition (DED) is presented. Al-4 wt.% B4C composites were fabricated under 21 different laser conditions to analyze the microstructure and mechanical properties at different values of laser power and scan speeds. The composites fabricated at a laser power of 600 W and the same scan speed exhibited the highest hardness and generated the fewest pores. In contrast, the composites fabricated at a laser power of 1000 W exhibited the lowest hardness and generated a significant number of large pores. This can be explained by the influence of the microstructure on the energy density at different values of laser power.
Tungsten and tungsten heavy alloys have widespread application as radiation shielding devices and heavy duty electrical contacts. High density and good room temperature mechanical properties have generated interest in evaluating tungsten and tungsten alloys as kinetic energy penetrators against armor. Nowdays ultra fine-grained tungsten powders are in great interest because higly dense structures can be obtained at low temperature, pressure and lower sintering time. Several physical md chemical methods are available for the synthesis of nanometric metal Powders: ball milling, laser abalation, vapor condensation, chemical precipitation, metallic wire explosion i.e. However production rates of the above mentioned methods are low and further efforts are needed to find out large-scale synthesis methods. From this point of view solid state combustion method ( known as SHS) represents undoubted interest.
The initial sintering behaviour of the powder injection molded (PIMed) W-l5wt%Cu nanocomposite powder was investigated. The W-Cu nanocomposite powder was produced by the mechanochemical process consisting of high energy ball-milling and hydrogen reduction of W blue powder-CuO mixture. Solid state sintering of the powder compacts was conducted at $1050^{\circ}C$ for 2~10 hours in hydrogen at mosphere. The sintering behaviour was examined and discussed in terms of microstructural developments such as W-Cu aggregate formation, pore size distribution and W grain growth. The volume shrinkage of PIM specimen was slightly larger than that of PM(conventional PM specimen), being due to fast local densification in the PIM. Remarkable decrease of carbon and oxygen in the PIM enhanced local densification in the early stage of solid state sintering process with eliminating very fine pores less than 10 nm. In addition, such local densiflcation in the PIM is presumably responsible for mitigating of W-grain growth in the initial stage.
Cu-10wt%W composite powders have been manufactured by a high energy ball milling technique. The composite powders were pressed at 250 MPa and sintered in a dry hydrogen at 103$0^{\circ}C$ for 4 hours. After sintering, Cu-10wt%W composite materials were forged. And the arc-resistance of forged materials which have the same relative density of 94% has been tested. Composite particles, i.e. tungsten particles distributed homogeneously in the copper matrix, was formed after 480 min mechanical alloying. Densities of these sintered materials were ranged from 74 to 84%. Densification degree was due to the formation of composite powders. As the mechanical alloying time increased, the hardness was increased and tungsten particle size was decreased. Arc loss of the forged specimens was decreased as increasing the mechanical alloying time.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.725-726
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2006
Ultra-fine grained and dispersion-strengthened titanium materials (Ti-Si, Ti-C, Ti-Si-C) have been produced by high energy ball milling and spark plasma sintering (SPS). Silicon or/and carbon were milled together with the titanium powder to form nanometer-sized and homogeneously distributed titanium silicides or/and carbides as dispersoids, that should prevent grain coarsening during the SPS compaction and contribute to strengthening of the material. The microstructures and the mechanical properties showed that strength, hardness and wear resistance of the sintered materials have been significantly improved by the mechanisms of grain refinement and dispersion strengthening. The use of an organic fluid as carrier of the dispersoid forming elements caused a significant increase in ductility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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