$Al_2O_3$/TiC/SiC, $Al_2O_3$/SiC 및 $Al_2O_3$/TiC 복합체들을 고온가압소결로 제조하여 이들의 균열저항거동과 기계적 성질을 비교해 보았다. $Al_2O_3$에 $0.8{\mu}m$의 TiC가 30vol% 첨가된 $Al_2O_3$/TiC는 단일체 $Al_2O_3$와 비슷한 균열저항거동을 보이며 파괴인성은 전반적으로 10% 이내의 증가를 보이는데 그쳤지만 강도는 약 30% 증가하였다. $Al_2O_3$에 $3{\mu}m$ SiC가 30vol% 첨가된 $Al_2O_3$/SiC는 SiC 입자의 균열 접속으로 인해 증가하는 균열저항거동을 뚜렷이 보이면서 파괴인성이 긴 균열에서 약 75% 증가하였으나 강도는 다소 감소했다. $Al_2O_3$/TiC에 SiC 입자가 30 vol% 첨가된 $Al_2O_3$/TiC/SiC 복합체의 경우 단일체 $Al_2O_3$에 비해 긴 균열 거리에서 파괴인성이 50% 이상 증가된 6.6 MP${\cdot}\sqrt{m}$에 이르렀으며 강도 값도 약 20% 상승하였다. 그러나 큰 SiC 입자의 첨가로 인해 TiC 입자만 첨가된 $Al_2O_3$/TiC 복합체보다는 강도가 다소 낮았다. 또한 SiC 입자만 첨가된 $Al_2O_3$/SiC 복합체보다는 파괴인성이 다소 낮았는데, 이는 작은 TiC 입자들이 SiC 입계를 거칠게 만들어 균열접속을 일으키는 SiC 입자의 뽑힘 현상을 방해하였기 때문이다.
본 연구는 습식법으로 수산화 알루미늄과 티타니아를 출발물질로 하여 $Al_2$O$_3$-TiO$_2$복합분체를 제조하였으며, 2 mol의 Al(OH)$_3$분말에 대하여 TiO$_2$분말량을 1, 3, 5, 7, 9, 11 wt%로 첨가하여 $Al_2$O$_3$-TiO$_2$복합분체의 특성을 조사하였다. 제조된 $Al_2$O$_3$-TiO$_2$계 복합분체는 $700^{\circ}C$~140$0^{\circ}C$까지 하소하여 XRD 분석을 한 결과 100$0^{\circ}C$까지는 TiO$_2$(rutile)상과 η-Al$_2$O$_3$상이 공존하다가 110$0^{\circ}C$부터 130$0^{\circ}C$까지는 η-Al$_2$O$_3$에서 $\alpha$-Al$_2$O$_3$로의 상전이가 일어나서 $\alpha$-Al$_2$O$_3$상과 TiO$_2$(rutile)상이 나타났으며 하소온도 140$0^{\circ}C$, TiO$_2$첨가량이 5 wt%일 때부터 $Al_2$TiO$_{5}$가 생성되기 시작하였다. TiO$_2$첨가량에 따른 비표면적값은 첨가량이 7 wt%까지는 감소하였으나 그 이상 첨가시 증가하였다. 입도분석 결과 평균입경은 15.74~23.21$mu extrm{m}$로서 TiO$_2$첨가량이 3 wt%일 때 가장 작은 값을 가졌으며 TiO$_2$첨가량은 5 wt% 이상부터 점차 감소하였다.
$Al_2O_3-SiC$ and $Al_2O_3-SiC$-TiC composite powders were prepared by SHS process using $SiO_2,\;TiO_2$, Al and C as raw materials. Aluminum powder was used as reducing agent of $SiO_2,\;TiO_2$ and activated charcoal was used as carbon source. In the preparations of $Al_2O_3-SiC$, the effect of the molar ratio in raw materials, compaction pressure, preheating temperature and atmosphere were investigated. The most important variable affecting the synthesis of $Al_2O_3-SiC$ was the molar ratio of carbon. Unreactants remained in the product among all conditions without compaction. The optimum condition in this reaction was $SiO_2$: Al: C=3: 5: 5.5, 80MPa compaction pressure under Preheating of $400^{\circ}C$ with Ar atmosphere. However there remains cabon in the optimum condition. The effect of $TiO_2$ as additive was investigated in the preparations of $Al_2O_3-SiC$. As a result of $TiO_2$ addition, $Al_2O_3-SiC$-TiC composite powder was prepared. The $Al_2O_3$ powder showed an angular type with 8 to $15{\mu}m$, and the particle size of SiC powder were 5~$10{\mu}m$ and TiC powder were 2 to $5{\mu}m$.
$Ti_3AlC_2$ was corroded between 800 and $1100^{\circ}C$ in an Ar-0.2% $SO_2$ gas atmosphere according to the equation: $Ti_3AlC_2+O_2{\rightarrow}rutile-TiO_2+{\alpha}-Al_2O_3$ + (CO or $CO_2$). The scales that formed on the $Ti_3AlC_2$ were thin and rich in ${\alpha}-Al_2O_3$, whose growth rate was exceedingly slow. The $TiO_2$ was present either as the outermost surface scale or a mixture inside the ${\alpha}-Al_2O_3$-rich scale. In the $Ti_3AlC_2$, the activity and diffusivity of Ti were low, whereas those of Al were high. This was the main reason for the superior corrosion resistance of $Ti_3AlC_2$ over TiAl.
Two NbCx-C1-x/Y2O3/Ti sputter-coated Al2O3 substrates (L 5.5 cm$\times$W 0.5 cm) were diffusion bonded together using hot press method at 95$0^{\circ}C$ for 3 hours under 1 MPa of applied pressure. 4 points bending tests were used to evaluate the mechanical performance of these precracked laminate beams. Two types of mechanical responses were observed: crack penetration through the interface for x=0.75, 1 and crack deflection into an interface for x=0.25, 0.5. The Al2O3/NbCx-C1-x/Y2O3/Ti system suggested here has been proves to be effective for the thermokinetical stability and tailorability of the interfaces of Al2O3/Ti composites at 95$0^{\circ}C$.
An, Sang-Woo;Kim, Young-Jig;Park, Sang-Whan;Lee, Dong-Bok
The Korean Journal of Ceramics
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제5권1호
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pp.44-49
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1999
In order to improve the oxidation resistance of $Ti_3Al$, Ti-25at.%Al composites containing dispersed particles of 15wt.%SiC were prepared by a tubular mixing-spark plasma sintering method. The sintered composites had $Ti_3Al$, SiC, $Ti_5Si_3$ and TiC. The presence of $Ti_5Si_3$ and TiC indicates that some of SiC particles reacted with Ti to from more stable phases. From oxidation tests at 800, 900 and $1000^{\circ}C$ under 1 atm of pure oxygen, it was found that the oxidation rate of Ti3Al was effectively reduced by the addition of SiC. The scale was primarily composed of an outer $TiO_2$ layer having some $Al_2O_3 $islands, an intermediate relatively thick $Al_2O_3 $ layer, and an inner $TiO_2+Al_2O_3+SiO_2$ mixed layer. Beneath the scale, Kirkendall voids were seen.
습식법에 의하여 제조된 $Al_2O_3$-1∼11 wt% $TiO_2$계 복합체를 1350$^{\circ}C$, 1450$^{\circ}C$ 에서 2시간 열처리 한 후 이에 대한 기계적 물성변화 및 미세구조를 조사하였다. 그 결과, $TiO_2$ 첨가량이 3 wt%였을 때의 복합체가 bulk density도 높고 기공율도 낮은 치밀한 미세구조를 이루었으며 이 때 young's modulus는 35.5 GPa, 곡강도값은 68.7 MPa로서 다른 $TiO_2$ 첨가량에 비하여 우수한 물성을 나타내었다. $TiO_2$ 첨가량이 증가할 수록 많은 양의 aluminium titanate의 합성으로 인해 열팽창 계수는 낮은 값을 나타내었다.
The role of TiC and the effect of Y2O3 addition on the densification, microstructure and mechanical properties of Al2O3-TiC composite have been studied. The amount of Y2O3 has been varied from 0 to 2 wt.% while keeping the TiC content at 10, 20 or 30 wt.%. The powder compacts have been sintered at 1,75$0^{\circ}C$ for various times in 1 atm Ar atmosphere and hot isostatically pressed (HIPed) at 1,$600^{\circ}C$ for 0.5h under 1,500atm Ar. Considerable increase in sintered density(over 95%) has been achieved by adding 0.5 wt.% Y2O3 in specimens containing high TiC volume. More addition of Y2O3 does not affect the densification. With increasing the sintering time from 0.5 to 4h, slight increase in density results. The growth of Al2O3 grain has been enhanced by Y2O3 addition ; this tendency is reduced with increasing TiC content because of grain boundary dragging effect of TiC particles. The hardness of specimens increases considerably by an addition of 0.5wt.% Y2O3 owing to the density increase. Further addition of Y2O3 has no effect on hardness. Fracture toughness augments with TiC content by crack deflection around the particles. By adding 0.5wt.% Y2O3, all the specimens can be densified to isolated pore stage and thus can be HIPed to full densification and better mechanical property. In particular, the fracture toughness of Al2O3-30 TiC specimen increases about 50% by HIPing. Fully dense Al2O3-30 TiC with good mechanical properties can be prepared by normal Sintering/HIPing process.
한국전기전자재료학회 2004년도 춘계학술대회 논문집 반도체 재료 센서 박막재료 전자세라믹스
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pp.5-8
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2004
전자빔 증착법 (e-beam evaporation)를 이용하여 $TiO_2$ 박막과 $Al_2O_3/TiO_2$ 이중박막을 제조한 후, $800^{\circ}C$ 공기 중에서 열처리하여, 알루미나 층의 유무에 따른 두 박막의 전기전도 특성과 100 ppm CO 가스에 대한 반응 특성을 고찰하였다. 알루미나 층이 증착되지 않은 순수한 $TiO_2$ 박막의 전기 전도도 (in dry air)는 $100^{\circ}C-500^{\circ}C$ 온도범위에서 온도가 증가함에 따라 증가하였으며 알루미나 층이 증착된 $Al_2O_3/TiO_2$ 이중막보다 높은 전도도를 나타내고 있으나, 약 $300^{\circ}C$이상의 온도에서는 $Al_2O_3/TiO_2$ 이중막의 전기 전도도가 급격히 증가하여 $TiO_2$ 박막의 전기전도도 보다 더 높은 값을 나타내었다. 또한 온도에 따른 CO 가스 감도(sensitivity)는 $TiO_2$ 박막의 경우 $400^{\circ}C$까지는 서서히 증가하여 그 이상의 온도에서 급격히 감소하였으나, $Al_2O_3/TiO_2$ 이중막은 $250^{\circ}C$에서 감도가 급격히 증가하여 최대값을 나타내었으며, $350^{\circ}C$에서 감도가 급격히 감소하는 특성을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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