Al2O3/20 vol%YAG composite containing equiaxed grains and Al2O3/20 vol%LaAl11O18 composite containing elongated grains were fabricated using Al2O3-Y2O3 composition and Al2O3-La2O3 composition, respectively, by hot-pressing. In order to investigate the influence of microstructural control of second phase on toughening effect of toughened ceramic composites, AE (acoustic emission) measurements have been coupled with fracture toughness experiments(SENB and SEPB method). A separation of the fracture toughness and analysis of toughening mechanism was possible using the AE technique. The fracture toughness of hot-pressed materials was estimated to be 3.2 MPam0.5 for monolithic alumina, 4.7 MPam0.5 for Al2O3/20 vol%YAG composite and 6.2 MPam0.5 for Al2O3/20 vol%LaAl11O18 composite. In monolithic Al2O3, toughening does not occur as a result of either microcracking or grain bridging, whereas, composites exhibit toughening effects by both microcracking in the frontal zone and gain bridging in the wake zone, resulting in an improvement of fracture toughness as compared with monolithic Al2O3. The fracture toughness of Al2O3/20 vol%LaAl11O18 composite is higher than that of Al2O3/20 vol%YAG composite. It may be attributed to the elongated microstructure of Al2O3/20 vol%LaAl11O18 composite, resulting relatively greater bridging effect.
Thermal shock resistance of 80Al2O3-20Al composite and monolithic alumina ceramics was compared. Fracture strength was measured by using a 4-pont bending test after quenching. Thermal stresses of the ceramics and ceramic-metal composites were calculated using a finite element analysis. The bending strength of the Al2O3 ceramics decreased catastropically after quenching from 20$0^{\circ}C$ to $0^{\circ}C$. The bending strength of the composite also decreased after quenching from 200~2$25^{\circ}C$, but the strength reduction was much smaller than for Al2O3. The maximum thermal stress occured in the monolithic alumina ceramics when exposed to a temperature difference of 20$0^{\circ}C$ was 0.758 GPa. The same amount of stress occured in the Al2O3-Al composite when the temperature difference of 205$^{\circ}C$ used.
Mechanical properties of (10%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$+5%Ni)/Al hybrid composites fabricated by the reaction squeeze casting were compared with those of (15%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$)/Al composites. Intermetallic compound formed by reaction between molten aluminum and reinforcing powder was uniformly distributed in the Al matrix. These intermetallic compounds were identified as $Al_3$NI using EDS and X-ray diffraction analysis. Microhardness and flexural strength of hybrid composites were higher than that of (15%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$)/Al Composite. In-Situ fracture tests were Conducted on (15%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$)/Al Composites and (10%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$+5%Ni)/Al hybrid composites to identify the microfracture process. It was identified from the in-situ fracture test of (10%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$+5%Ni)/Al composites, microcracks were initiated mainly at the short fiber / matrix interfaces. As the loading was continued, the crack propagated mainly along the separated interfacial regions and the well developed shear bands. It was identified from the in-situ fracture test of (10%$AI_20_3{\cdot}SiO_2$+5%Ni)/Al hybrid composites, microcracks were initiated mainly by the short fiber/matrix interfacial debonding. The crack proceeded mainly through the intermetallic compound clusters
The powder-in sheath rolling was applied to the fabrication of $Al/Al_2O_3$ composite. A stainless steel tube with outer diameter of 12 mm and wall thickness of 1 mm was used as a sheath. Mixture of aluminum powder and $Al/Al_2O_3$ particles of which volume content was varied from 5 to 20 vol.% was filled in the tube by tap filling and then rolled to 75% reduction at ambient temperature. The re]]ed specimen was sintered at 56$0^{\circ}C$ for 0.5 hr. The $Al/Al_2O_3$ composite fabricated by the sheath rolling and subsequent sintering showed the relative density higher than 0.96. The tensile strength of the composite increased with the volume content of $Al_2O_3$ particles, and it reached a maximum of 90 MPa which is 1.5 times higher than unreinforced material. The elongation decreased with the volume content of $Al_2O_3$ particles. It is concluded that the powder-in sheath rolling is an effective method for fabrication of $Al/Al_2O_3$ composite.
Al2O3-20 wt% ZrO2 composite powders to be used as the starting materials of the Al2O3/ZrO2-Spinel composite system were prepared by the use of the emulsion-hot kerosene drying method. The crystalline phase of ZrO2 in the synthesized Al2O3-ZrO2 composite powders was 100% tetragonal but the small amount of t-ZrO2 was transformed into m-ZrO2 after crushing. The hardness, fracture toughness, and flexural strength of the composite, which was sintered at 1650$^{\circ}C$ for 4 hrs after calcining at 1100$^{\circ}C$ for 2 hrs and had the relative density of 99%, were 15.7 GPa, 4.97 MN/m3/2, and 390 MPa, respectively. The fracture form in the sintered composites was found to be the intergranular fracture.
Ni coated $Al_2O_3$ composite was successfully Prepared by the electroless deposition Process. The average size of Ni particles coated on the $Al_2O_3$ matrix powder was about 20 nm. It was hard to find any reaction compound as an impurity at interface between $Al_2O_3$ and Ni particles after sintering. The characterization of microstructure crystal structure and fracture behavior of the sintered body were investigated using XRD, TEM and Victors hardness tester, and compared with those of the sintered $Al_2O_3$ monolithic body. Many dislocations were observed in the Ni phase due to the difference of thermal expansion coefficient between $Al_2O_3$ and Ni phase, and no observed microcracks at their $Al_2O_3$ and Ni interface. In the $Al_2O_3$/Ni composite, the main fracture mode showed a mixed fracture with intergranular and transgranuluar type having some ,surface roughness. The fracture toughness was slightly increased due to the plastic deformation mechanism of Ni phase in the $Al_2O_3$/Ni composite.
Aluminum-based $Al/Al_2O_3$ composites were fabricated by a powder-in sheath rolling method. A stainless steel tube with outer diameter of 12 mm and wall thickness of 1 mm was used as a sheath. A mixture of aluminum powder and $Al_2O_3$ particles of which volume content was varied from 5 to 20%, was filled in the tube by tap filling and then rolled by 75% reduction in thickness at ambient temperature. The rolled specimen was then sintered at 56$0^{\circ}C$ for 0.5 h. The mixture of Al powders and $Al_2O_3$ particles was successfully consolidated by the sheath rolling. The $Al/Al_2O_3$ composite fabricated by the sheath rolling showed a recrystallized structure, while unreinforced Al powder compact fabricated by the same procedure showed a deformed structure. The unreinforced Al powder compact was characterized by a deformation (rolling) texture of which main component is {112}<111>, while the $Al/Al_2O_3$ composite showed a mixed texture oi deformation and recrystallization. The sintering resulted in recrystallization in Al powder compact and grain growth in the composite.
Sintering and microstructure of Ce-TZP/Al2O3 composite with $\alpha$-Al2O3 matrix containing dispersed 5~50 vol% ZrO2 were discussed. Sintered density was increased with elevating forming pressure in range of 6~300 MPa and about >99.2% of theoretical density was obtained at 1$600^{\circ}C$ for 2h in case of 300 MPa of 6~300 MPa uniaxially cold-pressed compacts containing 20 vol% ZrO2. All kinds of different batch composition exhibited nearly the same shrinkage behaviour with end-point shrinkage between 20 and 24%, and had the maximum shrinkage rate (0.41~0.54%/min) around 140$0^{\circ}C$. Grain growth was occurred faster in $\alpha$-Al2O3 than in {{{{ gamma }}-Al2O3 starting matrix during sintering at 1$600^{\circ}C$. Bimodal pore size distribution of interaglomerate pores with size of 0.03~0.2 ${\mu}{\textrm}{m}$ and of interaglomerate pores with size of around 60 ${\mu}{\textrm}{m}$ was obtained in Ce-TZP/$\alpha$-Al2O3 composite sintered at 130$0^{\circ}C$. But unimodal pore size distribution with around 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ was observed in Ce-TZP/{{{{ gamma }}-Al2O3 composite sintered at the same temperature. Microcracks were occurred due to the tlongrightarrowm transformation of ZrO2 on cooling process.
Nanostructured Cu-$Al_2O_3$ composite powders were synthesized by thermochemical process. The synthesis procedures are 1) preparation of precursor powder by spray drying of solution made from water-soluble copper and aluminum nitrates, 2) air heat treatments to evaporate volatile components in the precursor powder and synthesis of nano-structured CuO + $Al_2O_3$, and 3) CuO reduction by hydrogen into pure Cu. The suggested procedures stimulated the formation of the gamma-$Al_2O_3$, and different alumina formation behaviors appeared with various heat treating temperatures. The mean particle size of the final Cu/$Al_2O_3$ composite powders produced was 20 nm, and the electrical conductivity and hardness in the hot-extruded bulk were competitive with Cu/$Al_2O_3$ composite by the conventional internal oxidation process.
도금전류밀도에 따른 Ni박막과 $Ni-Al_2O_3$복합박막의 항복강도, 파괴 연신율 및 $Ni-Al_2O_3$ 복합박막내 $Al_2O_3$ 함유량을 분석하였다. $5\~20\;mA/cm^2$로 형성한 $Ni-Al_2O_3$ 내 $Al_2O_3$ 함유량은 $11.48\~11.64\;vol\%$로 거의 일정하였으나, 도금전류밀도가 $30\;mA/cm^2$로 증가함에 따라 $Al_2O_3$함유량이 $8.41\;vol\%$로 감소하였다. $Ni-Al_2O_3$ 복합박막은 모두 Ni 박막보다 높은 항복강도를 나타내었으며, 특히 $5\;mA/cm^2$로 도금한 $Ni-Al_2O_3$의 항복강도는 Ni에 비해 $50\%$증가하였다. 도금전류밀도가 증가함에 따라 Ni박막과 $Ni-Al_2O_3$복합박막의 파괴 연신율이 감소하였다. $5\;mA/cm^2$에서 도금한 $Ni-Al_2O_3$복합박막이 다른 전류밀도에서 형성한 복합박막에 비해 $Al_2O_3$가 균일하게 분산되어 있으며 가장 높은 항복강도와 파괴 연신율을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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