$ZrO_2$ is a candidate material for hip and knee joint replacements because of its excellent combination of biocompatibility, corrosion resistance and low density. However, the drawback of pure $ZrO_2$ is a low fracture toughness at room temperature. One of the most obvious tactics to cope with this problem is to fabricate a nanostructured composite material. Nanomaterials can be produced with improved mechanical properties(hardness and fracture toughness). The high-frequency induction heated sintering method takes advantage of simultaneously applying induced current and mechanical pressure during sintering. As a result, nanostructured materials can be achieved within very short time. In this study, W and $ZrO_2$ nanopowders are mechanochemically synthesized from $WO_3$ and Zr powders according to the reaction($WO_3+3/2Zr{\rightarrow}W+3/2ZrO_2$). The milled powders are then sintered using high-frequency induction heating within two minutes under the uniaxial pressure of 80MPa. The average fracture toughness and hardness of the nanostructured W-3/2 $ZrO_2$ composite sintered at $1300^{\circ}C$ are $540kg/mm^2$ and $5MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively. The fracture toughness of the composite is higher than that of monolithic $ZrO_2$. The phase and microstructure of the composite is also investigated by XRD and FE-SEM.
A method to simultaneously synthesize and consolidate the silicide $NiSi_2$ and the composite $NiSi_2$-20vol.%Nb from powders of Ni, Si, and Nb was investigated. Combustion synthesis was carried out under the combined effect of an electric field and mechanical pressure. The final density of the products increased nearly linearly with the applied pressure. Highly dense $NiSi_2$ and $NiSi_2$-20vol.%Nb with relative densities of up to 97% were produced under the simultaneous application of a 60MPa pressure and a 3000A current on the reactant powders. The respective Vickers microhardness values for these materials were 6.0 and 5.8 GPa. From indentation crack measurements, the fracture toughness values for $NiSi_2$ and $NiSi_2$-20vol.%Nb were calculated to be 3.3 and 4.7 $MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively.
Fe-TiC composite powder was fabricated by high-energy milling of powder mixture of (Fe, TiC) and (FeO, $TiH_2$, C) as starting materials, respectively. The latter one was heat-treated for reaction synthesis of TiC phase after milling. Both powders were spark-plasma sintered at various temperatures of $680-1070^{\circ}C$ for 10 min. with sintering pressure of 70 MPa and the heating rate of $50^{\circ}C/min$. under vacuum of 0.133 Pa. Density and hardness of the sintered compact was investigated. Fe-TiC composite fabricated from (FeO, $TiH_2$, C) as starting materials showed better sintered properties. It seems to be resulted from ultra-fine TiC particle size and its uniform distribution in Fe-matrix compared to the simply mixed (Fe, TiC) powder.
The present study was carried out to investigate the effect of MA processing variables on the microstructural properties of composite powders and the coefficient of thermal expansion of pulse electric current sintered AlN-Cu powder compacts. The AlN-Cu powders had a size of less than 15 $\mu\textrm{m}$ with 25 nm size of copper crystallite after MA 32 hours. The finely distributed AlN-Cu powder compacts were completely achieved after PECS. The residual oxygen was considerably removed after hydrogen reduction treatment. The residual carbon was completely removed to 97%. The CTE of AlN-Cu powder compacts showed a good consistency with Kingery-Tuner model when the volume fraction of copper was less than 60%. When it was more than 60%, the CTE had a good agreement with Series model.
$TiH_2$ nanopowder was made by high energy ball milling. The milled $TiH_2$ and CNT powders were then simultaneously synthesized and consolidated using pulsed current activated sintering (PCAS) within one minute under an applied pressure of 80 MPa. The milling did not induce any reaction between the constituent powders. Meanwhile, PCAS of the $TiH_2$-CNT mixture produced a Ti-TiC composite according to the reaction ($0.92TiH_2+0.08CNT{\rightarrow}0.84Ti+0.08TiC+0.92H_2$, $0.84TiH_2+0.16CNT{\rightarrow}0.68Ti+0.16TiC+0.84H_2$). Highly dense nanocrystalline Ti-TiC composites with a relative density of up to 99.7% were obtained. The hardness and fracture toughness of the dense Ti-8 mole% TiC and Ti-16 mole% TiC produced by PCAS were also investigated. The hardness of the Ti-8 mole% TiC and Ti-16 mole% TiC composites was higher than that of Ti. The hardness value of the Ti-16 mole% TiC composite was higher than that of the Ti-8 mole% TiC composite without a decrease in fracture toughness.
Daskiran, Esma Gizem;Daskiran, Mehmet M.;Gencoglu, Mustafa
Computers and Concrete
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제18권2호
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pp.279-295
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2016
A new innovative composite material is textile reinforced cementitious composite (TRCC). To achieve high flexural performance researchers suggest polymer modification of TRCC matrices. In this study, nine ready mix repair mortars commonly used in construction industry and the production of TRCC elements were examined. Mechanical properties such as compressive and flexural strength, drying shrinkage were studied. Being a significant durability concern, alkali silica reaction tests were performed according to related standards. Results showed that, some ready repair mortar mixes are potentially reactive due to the alkali silica reaction. Two of the ready mortar mixes labelled as non-shrinkage in their technical data sheets showed the highest shrinkage. In this experiment, researchers designed new matrices. These matrices were fine grained concretes modified with polymer additives; latexes and redispersible powders. Two latexes and six redispersible powder polymers were used in the study. Mechanical properties of fine grained concretes such as compressive and flexural strengths were determined. Results showed that some of the fine grained concretes cast with redispersible powders had higher flexural strength than ready mix repair mortars at 28 days. Matrix composition has to be designed for a suitable consistency for planned production processes of TRCC and mechanical properties for load-carrying capacity.
석면대체용으로 육티탄산칼륨($K_2Ti_6O_{13}$)을 합성하고, 이를 사용하여 새로운 형태의 비석면계 자동차용 마찰재를 개발하고자, 마찰재 매트릭스의 조성 및 물성 최적화와 육티탄산칼륨이 고무복합체에 어떠한 특성을 부여하는지에 대해 조사하였다. 원하는 침상형태의 육티탄산칼륨은 KCI 염을 단독으로 하고 $K_2CO_3$를 과량으로 첨가하여 합성하였을 때 안정하게 얻을 수 있었다. 또한, 적절한 마찰재로서의 성능을 얻기 위해서는 육티탄산칼륨은 실란커플링제로 표면 처리하여 매트릭스 고무와의 계면접착력을 향상시키고, 10 phr의 에폭시 수지를 첨가하여야 함을 알 수 있었다.
응집이 없는 단분산의 $SiO_2/TiO_2$ 복합 미립자를 얻기 위하여 $TiO_2$seed가 분산되어 있는 에탄올 수용액과 TEOS (Tetraethyl Orthosilicate)를 에탄올에 녹인 용액을 혼합하여 $TiO_2$ 주위에서 TEOS가 가수분해 및 축합 반응이 일어나도록 유도하여 복합 미분말을 제조하였다. 촉매로 암모니아를 사용하였고, 반응온도는 실온이었다. 반응변수는 TEOS의 농도, 암모니아의 농도, $TiO_2$ seed의 크기 및 양이었다. 응집이 없는 복합 미립자를 얻기 위한 최적조건은 [TEOS]=0.3M, [$NH_4OH$]=0.7M, $TiO_2$ seed의 크기가 200~300 nm이었고, 이때 $0.8{\sim}0.9{\mu}m$의 입자크기를 갖는 복합입자를 얻을 수 있었다.
Ceramic based nanocomposite, in which nano-sized ceramics and metals were dispersed within matrix grains and/or at grain boundaries, were successfully fabricated in the ceramic/cerarnic and ceramic/metal composite systems such as $Al_2O_3$/SiC, $Al_2O_3$/$Si_3N_4$, MgO/SiC, mullite/SiC, $Si_3N_4/SiC, $Si_3N_4$/B, $Al_2O_3$/W, $Al_2O_3$/Mo, $Al_2O_3$/Ni and $ZrO_2$/Mo systems. In these systems, the ceramiclceramic composites were fabricated from homogeneously mixed powders, powders with thin coatings of the second phases and amorphous precursor composite powders by usual powder metallurgical methods. The ceramiclmetal nanocomposites were prepared by combination of H2 reduction of metal oxides in the early stage of sinterings and usual powder metallurgical processes. The transmission electron microscopic observation for the $Al_2O_3$/SiC nanocomposite indicated that the second phases less than 70nm were mainly located within matrix grains and the larger particles were dispersed at the grain boundaries. The similar observation was also identified for other cerarnic/ceramic and ceramiclmetal nanocornposites. The striking findings in these nanocomposites were that mechanical properties were significantly improved by the nano-sized dispersion from 5 to 10 vol% even at high temperatures. For example, the improvement in hcture strength by 2 to 5 times and in creep resistance by 2 to 4 orders was observed not only for the ceramidceramic nanocomposites but also for the ceramiclmetal nanocomposites with only 5~01%se cond phase. The newly developed silicon nitride/boron nitride nanocomposites, in which nano-sized hexagonal BN particulates with low Young's modulus and fracture strength were dispersed mainly within matrix grains, gave also the strong improvement in fracture strength and thermal shock fracture resistance. In presentation, the process-rnicro/nanostructure-properties relationship will be presented in detail. The special emphasis will be placed on the understanding of the roles of nano-sized dispersions on mechanical properties.
Nano-powders of 1.5TiAl and $Al_2O_3$ were synthesized from $1.5TiO_2$ and 3Al powders by high energy ball milling. Nanocrystalline $Al_2O_3$ reinforced composite was consolidated by pulsed current activated sintering within 2 minutes from mechanochemically synthesized powders of $Al_2O_3$ and 1.5TiAl. The relative density of the composite was 99.5%. The average hardness and fracture toughness values obtained were $1250kg/mm^2$ and $10MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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