مطالعه رفتار مقاومت به شوک حرارتی کامپوزیت‌های‌‌ میکرونی و نانوساختار آلومینا/ تیتانات آلومینیوم تهیه شده به روش زینتر واکنشی درجا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه سمنان

2 پژوهشکده سرامیک پژوهشگاه مواد و انرژی کرج

چکیده

در تحقیق حاضر رفتار مقاومت به شوک حرارتی آلومینای تکفاز و دو نوع کامپوزیت نانو و میکروساختار از آلومینا/تیتانات آلومینیوم حاوی 20 درصد وزنی فاز ثانویه، به روش تجربی آزمون کوئینچ-استحکام مورد مطالعه قرارگرفته است. کامپوزیت ها با  افزودن دو نوع TiO2 در مقیاس میکرو و نانومتر به آلومینا جهت تشکیل فاز ثانویه، ساخته شدند. پودرهای اولیه بصورت دوغاب با هم مخلوط شده و پس از خشک کردن، نمونه ها توسط پرس تهیه شدند.  فاز تیتانات آلومینیوم طی فرآیند زینتر واکنشی درجا از فازهای TiO2 و Al2O3 حین عملیات زینتزیگ در کوره تشکیل شد. کامپوزیت های تهیه شده با انجام آزمون مقاومت به شوک حرارتی با نمودارهای s-DT و آزمون­های پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی با گسیل میدانی (FESEM) مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج حاکی از تشکیل کامل فاز ثانویه تیتانات آلومینیوم (Al2TiO5) طی افزودن هر دو نوع TiO2 در زمینه آلومینایی بود. فاز ثانویه در کامپوزیت نانو ساختار بصورت لایه های ظریف در مقیاس نانو در محل تقاطع دانه­های زمینه مشاهده شد. نتایج نشان دهنده مقادیر مقاومت به شوک 230 ، 265 و ˚C290  به ترتیب برای نمونه­های: آلومینای تکفاز، کامپوزیت میکرونی و نانوکامپوزیت بودند. این افزایش مقدار مقاومت به شوک حرارتی در کامپوزیت­ها نسبت به آلومینا را می­توان به بالا بودن مقاومت به شوک فاز ثانویه تیتانات آلومینیوم نسبت به آلومینا و همچنین رفتار منحنی R در چقرمگی کامپوزیت­ها و فعال شدن مکانیسم میکرو ترک شدن نسبت داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Thermal shock behavior study of the micro and nano structured alumina/aluminum titnate composites prepared by in-situ reaction sintering

نویسندگان [English]

  • Manouchehr Sobhani 1
  • Touraj Ebadzadeh 2
  • Mohammad Reza Rahimipour 2
1 Faculty of Materials & Metallurgical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Ceramic Department of Materials and Energy Research Center, Alborz, Iran
چکیده [English]

In the present study thermal shock behavior of monolothic alumina and two types of micro and nano aluminum tianate composites have been studied using quench-strength method. The powders were wet mixed and the slurry dried. Then the grinded powders were formed by isostatic pressing. The composites were prepared by in-situ reaction sintering of alumina with nano and micronized TiO2 addition to formation of 20 wt.% aluminum titanate as secondary phase. Investigations were carried out by s-DT curves, X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM) analysis. The results revealed fully formation of Al2TiO5 phases in the both case of micro and nano titania as a result of Al2O3 and TiO2 reaction sintering. The nano layer structure of the Al2TiO5 ­was formed at the triple junction of the alumina grains. Also thermal shock values of the alumina, micro and nano composites were measured about 230, 265 and 290 °C, respectively. Thermal shock increment of the composite in the comparison of the alumina can be related to the secondary phase effect on the rising toughness curve (R-curve) and microcracking of the composites.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alumina/aluminium titnate
  • Thermal shock
  • In-situ sintering
  • Nano composite
  1.        Uribe, R., Baudin C., Influence of a Dispersion of Aluminum Titanate Particles of Controlled Size on the Thermal Shock Resistance of Alumina, Journal of the American Ceramic Society, 2003, 86 (5), 846-850.
  2.        Nieto, M.I., Baudin, C., Santacruz I., Reaction sintering of colloidal processed mixtures of sub-micrometric alumina and nano-titania, Ceramics International, 2011, 37, 1085-1092.
  3.        Bennison, S.J., Padture, N.P., Runyan, J.L., Lawn, B.R., Flaw-insensitive Ceramics, Philosophical Magazine Letters, 1991, 64(4), 191-195.
  4.        Barsoum, M.W., Fundamentals of Ceramics in Materials Science and Engineering, Bristol and Philadelphia Institute of Physics Publishing, 2003.
  5.        Wang, Y., Yang, Y., Zhao, Y., Tian, W., Bian, H., He, J., Sliding wear behaviors of in situ alumina/aluminum titanate ceramic composites, Wear, 2009, 266, 1051-1057.
  6.        Bueno, S., Moreno, R., Baudin, C., Reaction sintered Al2O3/Al2TiO5 microcrack-free composites obtained by colloidal filtration. Journal of the European Ceramic Society, 2004, 24, 2785-2791.
  7.        Arenas, I. B., Gil, O., Synthesis and properties of in situ Al2TiO5/Al2O3 composite. Journal of Materials Processing Technology, 2003, 143, 838-842.
  8.        Wahsh, M.M.S., Khattab, R.M., Zawrah, M.F., Sintering and technological properties of alumina/zirconia/nano-TiO2 ceramic composites, Materials Research Bulletin 2013, 48, 1411-1414.
  9.        Tarasovskii, V. P., Lukin, E.S., Aluminum titanate - Methods of production, microstructure and properties (Review), Refractories and Industrial Ceramics, 1985, 26(5-6), 285-294.
  10.        Park, S.Y., Jung S.W., Chung, Y.B., The effect of starting powder on the microstructure development of alumina–aluminum titanate composites, Ceramics International, 2003, 29, 707-712.
  11.        Hu, Y., Li, M., Shen Q., Xu, W., Thermal Shock-Resistance Performance of Al2TiO5/Al2O3 Composites, Advanced Materials Research, 2009, 66, 108-111.
  12.        Ferrari, B., Bartret A., Baudin, C., Sandwich materials formed by thick alumina tapes and thin-layered alumina–aluminium titanate structures shaped by EPD, Journal of the European Ceramic Society, 2009, 29, 1083-1092.
  13.        Jayasankar, M., Hima, K.P., Ananthakumar, S., Mukundan, P., Pillai, P.K., Warrier, K.G.K., Role of particle size of alumina on the formation of aluminium titanate as well as on sintering and microstructure development in sol–gel alumina–aluminium titanate composites, Materials Chemistry and Physics, 2010, 124, 92-96.
  14.        Rao, S.P., Tripathy S.S., Raichur, A.M., Dispersion studies of sub-micron zirconia using Dolapix CE 64, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2007, 302, 553-558.
  15.        Sobhani, M., Ebadzadeh, T., Rahimipour, M.R., Formation and densification behavior of reaction sintered alumina–20 wt.% aluminium titanate nano-composites, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2014. 47, 49-53.
  16.        ASTM File 42-1468, Database PDF (Powder Diffraction File)
  17.        ASTM File 26-0040, Database PDF (Powder Diffraction File)
  18.        Bueno, S., Micele, L., Baudin C., Portu G., Reduced strength degradation of alumina–aluminium titanate composite subjected to low-velocity impact loading, Journal of the European Ceramic Society, 2008, 28, 2923-2931.
  19.        Wachtman, J.B., Cannon W.R., Matthewson, M.J., Mechanical properties of ceramics (Second Edition), John Wiley & Sons, 2009.
  20.        Sobhani, M., Ebadzadeh, T., Rahimipour, M.R., A comparison study on the R-curve behavior of alumina/aluminum titanate composites prepared with different TiO2 powders, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2016, 159-163.