In this study, Ti powders were fabricated from Ti scrap by the Hydrogenation-Dehydrogenation (HDH) method. The Ti powders were prepared from the spark plasma sintering (SPS) and their microstructure was investigated. Hydrogenation reactions of Ti scrap occurred at near $450^{\circ}C$ with a sudden increase in the reaction temperature and the decreasing pressure of hydrogen gas during the hydrogenation process in the furnace. The dehydrogenation process was also carried out at $750^{\circ}C$ for 2 hrs in a vacuum of $10^{-4}$ torr. After the HDH process, deoxidation treatment was carried out with the Ca (purity: 99.5%) at $700^{\circ}C$ for 2 hrs in the vacuum system. It was found that the oxidation content of Ti powder that was deoxidized with Ca showed noticeably lower values, compared to the content obtained by the HDH process. In order to fabricate the Ti compacts, Ti powder was sintered under an applied uniaxial punch pressure of 40 MPa in the range of $900-1200^{\circ}C$ for 5 min under a vacuum of $10^{-4}$ torr. The relative density of the compact was 99.5% at $1100^{\circ}C$ and the tensile strength decreased with increasing sintering temperature. After sintering, all of the Ti compacts showed brittle fracture behavior, which occurred in an elastic range with short plastic yielding up to a peak stress. Ti improved the corrosion resistance of the Ti compacts, and the Pd powders were mixed with the HDH Ti powders.
Shin, Yong-Deok;Lee, Jung-Hoon;Kim, Chul-Ho;Jin, Beom-Soo;Wu, Na
Proceedings of the KIEE Conference
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2011.07a
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pp.1449-1450
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2011
The SiC-$ZrB_2$ composites were produced by subjecting a 40:60 (vol.%) mixture of zirconium diboride($ZrB_2$) powder and ${\beta}$-silicon carbide (SiC) matrix to spark plasma sintering(SPS) under argon atmosphere at 50MPa(P50) and 60MPa(P60) pressure. The relative density, 94.13% of P60 sample was lower than that, 94.75% of P50 sample. Reactions between ${\beta}$-SiC and $ZrB_2$ were not observed via x-ray diffraction (hereafter, XRD) analysis. The trend of flexural strength of SiC-$ZrB_2$ composites were in accordance with the relative density. The properties of a SiC-$ZrB_2$ composites through SPS under argon atmosphere were positive temperature coefficient resistance in the temperature range from $25^{\circ}C$ to $500^{\circ}C$, and electrical resistivity of P50 and P60 sample were $6.75{\times}10^{-4}$ and $7.22{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ at room temperature, respectively.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.268-269
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2006
Preparation processing of sintered silicon nitride ceramics was emphatically investigated with Self-Propagating High-Temperature Synthesis (SHS) of silicon nitride prepared by ourselves as raw material. The results indicate that good sinter ability can be obtained with cheaply SHS of silicon nitride preparing silicon nitride materials. The cost of silicon nitride materials will be lowered.
Titanium alloys are extensively used in high-temperature applications due to their excellent high strength and corrosion resistance properties. However, titanium alloys are problematic because they tend to be extremely difficult-to-cut material. In this paper, the powder synthesis, spark plasma sintering (SPS), bulk material characteristics and machinability test of hybrid $Ti_2AlC$ ceramic bulk materials were systematically examined. The bulk samples mainly consisted of $Ti_2AlC$ materials with density close to theoretical value were synthesized by a SPS method. Random orientation and good crystallization of the $Ti_2AlC$ was observed at $1100^{\circ}C$ for 10 min under SPS sintering conditions. Scanning electron microscopy results indicated a homogeneous distribution and nano-laminated structure of $Ti_2AlC$ MAX phase. The hardness and electrical conductivity of $Ti_2AlC$ were higher than that of Ti 6242 alloy at sintering temperature of $1000^{\circ}C{\sim}1100^{\circ}C$. Consequently, the machinability of the hybrid $Ti_2AlC$ bulk materials is better than that of the Ti 6242 alloy for micro-EDM process of micro-hole shape workpiece.
Choi J. W.;Kim K. H.;Hwang G. H.;Hong S. J.;Kang S. G.
Korean Journal of Materials Research
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v.15
no.7
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pp.439-443
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2005
The oxidation behavior and the thermal stability of nanocrystalline Al-25Ti-8Mn intermetallic compound were investigated. $Al_3Ti$ intermetallic compound, which has a potential for high temperature structural material, was fabricated by mechanical alloying(MA) with $8at.\%$ Mn to enhance the thermal stability and ductility. And Al-25Ti-8Mn intermetallic compound was sintered by spark plasma sintering(SPS) at $700^{\circ}C$. After sintering process, cubic $Ll_2$ structure was maintained without phase transformation and the grain size was about 50nm. To investigate the oxidation behavior of the specimens, thermal gravimetric analysis(TGA) was performed at 700, 800, 900, and $1000^{\circ}C$ for 24 h in $O_2$. As the temperature increased from $700^{\circ}C\;to\;900^{\circ}C$ the weight gain of specimens increased. However at $1000^{\circ}C$, unlike the oxidation behavior of $700^{\circ}C\;to\;900^{\circ}C$, the weight gain of specimen decreased drastically and the transition from linear rate region to parabolic rate region occurred rapidly due to the dense $\alpha-Al_2O_3$.
Gun-Woo Jung;Ji-Ho Cha;Min-Seo Jang;Minsuk Oh;Jeshin Park
Journal of Powder Materials
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v.30
no.6
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pp.484-492
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2023
In this study, Ni-Y2O3 powder was prepared by alloying recomposition oxidation sintering (AROS), solution combustion synthesis (SCS), and conventional mechanical alloying (MA). The microstructure and mechanical properties of the alloys were investigated by spark plasma sintering (SPS). Among the Ni-Y2O3 powders synthesized by the three methods, the AROS powder had approximately 5 nm of Y2O3 crystals uniformly distributed within the Ni particles, whereas the SCS powder contained a mixture of Ni and Y2O3 nanoparticles, and the MA powder formed small Y2O3 crystals on the surface of large Ni particles by milling the mixture of Ni and Y2O3. The average grain size of Y2O3 in the sintered alloys was approximately 15 nm, with the AROS sinter having the smallest, followed by the SCS sinter at 18 nm, and the MA sinter at 22 nm. The yield strength (YS) of the SCS- and MA-sintered alloys were 1511 and 1688 MPa, respectively, which are lower than the YS value of 1697 MPa for the AROS-sintered alloys. The AROS alloy exhibited improved strength compared to the alloys fabricated by SCS and conventional MA methods, primarily because of the increased strengthening from the finer Y2O3 particles and Ni grains.
Conductive SiC-$ZrB_2$ composites were produced by subjection a 40:60(vol%) mixture of zirconium diborided ($ZrB_2$) powder and ${\beta}$-silicon carbide (SiC) matrix to spark plasma sintering (SPS) under argon atmosphere. Inner diameters of graphite mold were $15mm{\varphi}$ and $20mm{\varphi}$, respectively. The relative densities of $15mm{\varphi}$ and $20mm{\varphi}$ sample were 99.4% and 97.88%, respectively. Reactions between ${\beta}$-SiC and $ZrB_2$ were not observed via x-ray diffraction (hereafter, XRD) analysis. The result of FE-SEM of fracture face of $15mm{\varphi}$ sample was intergranular fracture and that of $20mm{\varphi}$ sample was transgranular fracture. Because the fracture strength of $15mm{\varphi}$ sample was much higher than that of $20mm{\varphi}$ sample. The electrical resistivity, $9.37{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ of $15mm{\varphi}$ sample was higher than that, $6.17{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ of $20mm{\varphi}$ sample because of densification. Although sintering condition of SPS is same. the properties of sintered SiC-$ZrB_2$ compacts were changed according to inner diameter of graphite mold.
Ti-6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial) alloy have been widely used as alternative to bone due to its excellent biocompatibility, although it still has many problems such as high elastic modulus and toxicity. Therefore, biomaterials with low elastic modulus and non toxic characteristics have to be developed. A novel ${\beta}$ Ti-35wt%Nb-7wt%Zr-Calcium pyrophosphate (CPP) composite that is a biocompatible alloy without elemental Al or V was fabricated by spark plasma sintering (SPS) at $1000^{\circ}C$ under 70 MPa using high energy mechanical milled (HEMM) powder. The microstructure and phases of the milled powders and the sintered specimens were studied using SEM, TEM, and XRD. Ti-35wt%Nb-7wt%Zr alloy was transformed from ${\alpha}$ phase to ${\beta}$ phase in the 4h-milled powder by sintering. The sintered specimen using the 4h-milled powder showed that all the elements were distributed very homogeneously and had higher density and hardness. ${\beta}$ Ti alloy-CPP composite, which has nanometer particles, was fabricated by SPS using HEMMed powder. During the sintering process, $CaTiO_3$, TixOy, and CaO were formed because of the reaction between Ti and CPP. The Vickers hardness of the composites increases with the increase of the milling time and the addition of CPP. The biocompatibility of the Ti-Nb-Zr alloys was improved by addition of CPP.
Tang, Yi;Qiu, Wenbin;Chen, Longqing;Yang, Xiaoliang;Song, Yangyipeng;Tang, Jun
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.8
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pp.1706-1713
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2020
Functionally gradient material (FGM) is promisingly effective in mitigating the thermal stress between plasma facing materials (PFM) and structural materials. However, the corresponding research with respect to W/V FGM has not been reported yet. In this work, we firstly report the successful fabrication of W/V FGM by a combined technology of mechanical alloying (MA) and spark plasma sintering (SPS). The microhardness and microstructure of the consolidated sample were both investigated. W/V stacks show significantly enhanced microhardness (>100%) compared with pure W plate, which is beneficial to the integral strength of the hybrid structure. Furthermore, we clarify that the different ductility of W and V should be carefully considered, otherwise W/V powder might aggregate and lead to the formation of compositional segregation, and simultaneously unmask the impact of V proportion on the distribution of second phase in W-V binary alloy system. This work provides an innovative approach for obtaining W-V connections with much better performance.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.25
no.6
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pp.245-251
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2015
We have applied mechanical alloying (MA) to produce soft magnetic composite material using a mixture of elemental $Fe_2O_3$-Mg powders. An optimal milling and heat treatment conditions to obtain soft magnetic ${\alpha}$-Fe/MgO composite with fine microstructure were investigated by X-ray diffraction, differential scanning calorimetry (DSC) and vibrating sample magnetometer (VSM) measurement. It is found that ${\alpha}$-Fe/MgO composite powders in which MgO is dispersed in ${\alpha}$-Fe matrix are obtained by MA of $Fe_2O_3$ with Mg for 30 min. The saturation magnetization of ball-milled powders increases with increasing milling time and reaches to a maximum value of 69.5 emu/g after 5 h MA. The magnetic hardening due to the reduction of the ${\alpha}$-Fe grain size by MA was also observed. Densification of the MA powders was performed in a spark plasma sintering (SPS) machine at $800{\sim}1000^{\circ}C$ under 60 MPa. X-ray diffraction result shows that the average grain size of ${\alpha}$-Fe in ${\alpha}$-Fe/MgO nanocomposite sintered at $800^{\circ}C$ is in the range of 110 nm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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