Fabrication of high strength Mg-Li-Al alloys by squeeze casting was established by the stabilization of melt and mold temperatures, applied pressure and the refining method. The entrapment of inclusions during pouring was prevented using 30 ppi alumina foam filter. The as-cast microstructure consists of a mixture of ${\alpha}$ and ${\beta}$ phases including AILi and $MgLi_2$, Al particles, which are distributed in the ${\beta}$ matrix. The grain sizes of gravity and squeeze casting alloys were 288 ${\mu}m$ and 207 ${\mu}m$ respectively. The addition of Al in Mg-Li alloys promoted the formation of second phase particles, which were adjusted to optimize the properties of Mg-Li-Al alloys. The Mg-10wt%Li-5wt%Al alloy after heat treatment at $350^{\circ}C$ for 1 hour showed the maximum hardness value. This is due to the facts that the amounts of ${\alpha}$ and ${\beta}$ phases and their distributions are dependent upon the solution treatment temperature, and that the amounts of AILi and $MgLi_2Al$ particles are dependent upon the Al content.
In this study, intermediate-mixed powders were prepared by loading zirconia powders initially in a ball-mill jar and loading alumina powders afterward; the initial-mixed powders were produced by loading zirconia and alumina powders together in the ball-mill jar. The effect of such differences in mixing method on the mechanical properties was investigated. In intermediate-mixed powders, the volume fraction of large particles slightly increased and, simultaneously, zirconia particles formed agglomerates that, due to early ball-mill loading of the zirconia powders only, were more dispersed than were the initial-mixed powders. For the intermediate-mixed powders, zirconia agglomerates were destroyed more quickly than were initial-mixed powders, so the number of dispersed zirconia particles rose and the inhibitory effect of densification due to the addition of a second phase was more obvious. In the microstructure of intermediate-mixed powders, zirconia grains were homogeneously dispersed and grain growth by coalescence was found to occur with increasing sintering temperature. For the initial-mixed powders, large zirconia grains formed by localized early-densification on the inside contacts of some zirconia agglomerates were observed in the early stages of sintering. The intermediate-mixed powders had slightly lower hardness values as a whole but higher fracture toughness compared to that of the initial-mixed powders.
Fracture toughness of particulate composites of Al2O3/SiC, Al2O3/ZrO2 and Al2O3/ZrO2/SiC was analysed theoretically. According to the suggested particle bridging model for obtaining the R-curve height, the crack extension resistance for the long crack was linearly proportional to the residual calmping stress at the interface between the second phase and the matrix. It was also a function of the particle size and the content. It was confirmed that the rising R-curve behavior of Al2O3 containing 30 vol% SiC particles of 3${\mu}{\textrm}{m}$ was owing to the strong crack bridging by SiC particles. For Al2O3/ZrO2/SiC composites, the tensional stress from the 3${\mu}{\textrm}{m}$ SiC particles was large enough to activate the spontaneous transformation of the ZrO2. The crack extension resistance due to the particle bridging mechanism did not seem to be affected much by the coupled toughening, but its resultant toughness increase could be significantly smaller due to the dependency on the matrix toughness.
Eckert, Jurgen;Bartusch, Birgit;Schurack, Frank;He, Guo;Schultz, Ludwig
한국분말재료학회지
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제9권6호
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pp.394-408
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2002
Nanostructured high strength metastable Al-, Mg- and Ti-based alloys containing different amorphous, quasicrystalline and nanocrystalline phases are synthesized by non-equilibrium processing techniques. Such alloys can be prepared by quenching from the melt or by powder metallurgy techniques. This paper focuses on one hand on mechanically alloyed and ball milled powders containing different volume fractions of amorphous or nano-(quasi)crystalline phases, consolidated bulk specimens and, on the other hand. on cast specimens containing different constituent phases with different length-scale. As one example. $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$- based metallic glass matrix composites are produced by mechanical alloying of elemental powder mixtures containing up to 30 vol.% $Y_2O_3$ particles. The comparison with the particle-free metallic glass reveals that the nanosized second phase oxide particles do not significantly affect the glass-forming ability upon mechanical alloying despite some limited particle dissolution. A supercooled liquid region with an extension of about 50 K can be maintained in the presence of the oxides. The distinct viscosity decrease in the supercooled liquid regime allows to consolidate the powders into bulk samples by uniaxial hot pressing. The $Y_2O_3$ additions increase the mechanical strength of the composites compared to the $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$ metallic glass. The second example deals with Al-Mn-Ce and Al-Cu-Fe composites with quasicrystalline particles as reinforcements, which are prepared by quenching from the melt and by powder metallurgy. $Al_{98-x}Mn_xCe_2$ (x =5,6,7) melt-spun ribbons containing a major quasicrystalline phase coexisting with an Al-matrix on a nanometer scale are pulverized by ball milling. The powders are consolidated by hot extrusion. Grain growth during consolidation causes the formation of a micrometer-scale microstructure. Mechanical alloying of $Al_{63}Cu_{25}Fe_{12}$ leads to single-phase quasicrystalline powders. which are blended with different volume fractions of pure Al-powder and hot extruded forming $Al_{100-x}$$(Al_{0.63}Cu_{0.25}Fe_{0.12})_x$ (x = 40,50,60,80) micrometer-scale composites. Compression test data reveal a high yield strength of ${\sigma}_y{\geq}$700 MPa and a ductility of ${\varepsilon}_{pl}{\geq}$5% for than the Al-Mn-Ce bulk samples. The strength level of the Al-Cu-Fe alloys is ${\sigma}_y{\leq}$550 MPa significantly lower. By the addition of different amounts of aluminum, the mechanical properties can be tuned to a wide range. Finally, a bulk metallic glass-forming Ti-Cu-Ni-Sn alloy with in situ formed composite microstructure prepared by both centrifugal and injection casting presents more than 6% plastic strain under compressive stress at room temperature. The in situ formed composite contains dendritic hcp Ti solid solution precipitates and a few $Ti_3Sn,\;{\beta}$-(Cu, Sn) grains dispersed in a glassy matrix. The composite micro- structure can avoid the development of the highly localized shear bands typical for the room temperature defor-mation of monolithic glasses. Instead, widely developed shear bands with evident protuberance are observed. resulting in significant yielding and homogeneous plastic deformation over the entire sample.
Elastic and electromagnetic waves can be used to gather important information about particulate materials. To facilitate smart geophysical characterization of particulate materials, their fundamental properties are discussed and experimental procedures are presented for both elastic and electromagnetic waves. The first application is related to the characterization of particulate materials using shear waves, concentrating on changes in effective stress during consolidation, multi-phase phenomena with relation to capillarity, and microscale characteristics of particles. The second application involves electromagnetic waves, focusing on stratigraphy detection in layered soils, estimation of void ratio and its spatial distribution, and conduction in unsaturated soils. Experimental results suggest that shear waves allow studying particle contact phenomena and the evolution of interparticle forces, while electromagnetic waves give insight into the characteristics of the fluid phase and its spatial distribution.
In this study, we investigated the paraffin encapsulation using double-walled encapsulation technique. The first encapsulation used methyl methacrylic acid as the main component in acrylic polymer and the second encapsulation used melamine polymer. Particles size and distribution of the capsules were analyzed using scanning electron microscopy. In the first encapsulation, the stable capsules were obtained at 67% of phase change material ratio to methyl methacrylic acid monomer and the size of the capsule was from 0.2 to $0.3{\mu}m$. In the second encapsulation, the size of the capsules was almost the same with those capsules prepared in the first encapsulation. The particle size of single wall and double wall was about $0.3{\mu}m$. As a result of the encapsulation of paraffin using double-walled encapsulation technique, it was confirmed that the particle size was determined in the process of encapsulating using the acrylic polymer at the first wall material, and the physical and thermal stability of the capsules were imparted using melamine at the secondary wall material.
[ $2.1\;{\mu}m$ ]입자경의 단분산 PBA seed를 이용한 2단계 분산중합을 seeded batch process 와 seeded semi-continuous process를 이용하여 다양한 형태의 PBA/PMMA composite 미립자를 제조하였다. Batch process의 경우 PBA/PMMA composite 입자의 모폴로지는 중합 분산매인 methanol/water 비와 중합 2단계에서의 PBA seed/MMA단량체의 비에 따라 크게 영향을 받으며, methanol/water 중합분산매중 물의 량이 증가함에 따라, 그리고 중합 2단계에서 MMA단량체량이 증가함에 따라 PBA와 PMMA간의 상분리현상이 심화되어 구형의 입자로부터 egg, snowman, confetti, peanut와 같은 비구형의 PBA/PMMA composite 입자들이 제조되었다. Semi-continuous process의 경우 단량체 부가시간을 조절함으로서 PBA/PMMA composite 입자의 모폴로지가 변함을 발견하였고 특히, 단량체의 결핍된 조건하에서 구형의 PBA(코어)/PMMA(쉘) composite 라텍스가 제조되었다.
$BaCe_{0.9}Gd_{0.1_O_{2.95}$ powder was synthesized by oxalate coprecipitation method. Precipitate with a stoichimetric ratio of the cations was prepared by adding a mixture of Ba, Ce and Gd nitrate solution to an oxalic acid solution at pH 4. Reaction between the constituent oxides to form a perovskite phase was initiated at $800^{\circ}C$ and a single phase $BaCe_{0.9}Gd_{0.1_O_{2.95}$ powder having good sinterability was obtained after calcination at $1000^{\circ}C$. Sintering green compacts of this powder for 6 h showed a considerable densification to start at $1100^{\circ}C$ and resulted in 93% and 97% relative densities at $1300^{\circ}$ and at $1450^{\circ}C$, respectively. Whereas the power compacts prepared by solid state reaction had lower relative densities, 78% at $1300^{\circ}$and 90% at $1450^{\circ}C$. Fine particles of $CeO_2$ second phase were observed in the surface of the sintered compacts. This was attributed to the evaporation of BaO from the surface that had been exposed during thermal etching.
The Principal deficiency of the existing notion about the sintering-mixtures consists in the fact that almost no attention is focused on the Phenomenon of alloy formation during sintering, its connection with dimensional changes of powder bodies, and no correct ideas on the driving force for the sintering process in the stage of establishing chemical equilibrium in a system are available as well. Another disadvantage of the classical sintering theory is an erroneous conception on the dissolution mechanism of solid in liquid. The two-particle model widely used in the literature to describe the sintering phenomenon in solid state disregards the nature of the neighbouring surrounding particles, the presence of pores between them, and the rise of so called arch effect. In this presentation, new basic scientific principles of the driving forces for the sintering process of a two-component powder body, of a diffusion mechanism of the interaction between solid and liquid phases, of stresses and deformation arising in the diffusion zone have been developed. The major driving force for sintering the mixture from components capable of forming solid solutions and intermetallic compounds is attributed to the alloy formation rather than the reduction of the free surface area until the chemical equilibrium is achieved in a system. The lecture considers a multiparticle model of the mixed powder-body and the nature of its volume changes during solid-state and liquid-phase sintering. It explains the discovered S-and V-type concentration dependencies of the change in the compact volume during solid-state sintering. It is supposed in the literature that the dissolution of solid in liquid is realised due to the removal of atoms from the surface of the solid phase into the melt and then their diffusicn transfer from the solid-liquid interface into the bulk of liquid. It has been shown in our experimental studies that the mechanism of the interaction between two components, one of them being liquid, consist in diffusion of the solvent atoms from the liquid into the solid phase until the concentration of solid solutions or an intermetallic compound in the surface layer enables them to pass into the liquid by means of melting. The lecture discusses peculimities of liquid phase formation in systems with intermediate compounds and the role of the liquid phase in bringing about the exothermic effect. At the frist stage of liquid phase sintering the diffusion of atoms from the melt into the solid causes the powder body to grow. At the second stage the diminution of particles in size as a result of their dissolution in the liquid draws their centres closer to each other and makes the compact to shrink Analytical equations were derived to describe quantitatively the porosity and volume changes of compacts as a result of alloy formation during liquid phase sinteIing. Selection criteria for an additive, its concentration and the temperature regime of sintering to control the density the structure of sintered alloys are given.
In the Linford group at Brigham Young University we have recently developed three new sets of materials for three different areas of separations science: thin layer chromatography (TLC), high performance liquid chromatography (HPLC), and solid phase microextraction (SPME). First, via microfabrication we have grown patterned carbon nanotube (CNT) forests on planar substrates that we have infiltrated with inorganic materials such as silicon nitride. The coatings on the CNTs are conformal and typically deposited in a process like low pressure chemical vapor deposition. The resulting materials have high surface areas, are porous, and function as effective separation devices, where separations on our new TLC plates are typically significantly faster than on conventional devices. Second, we used the layer-by-layer (electrostatically driven) deposition of poly (allylamine) and nanodiamond onto carbonized poly (divinylbenzene) microspheres to create superficially porous particles for HPLC. Many interesting classes of molecules have been separated with these particles, including various cannabinoids, pesticides, tricyclic antidepressants, etc. Third, we have developed new materials for SPME by sputtering silicon onto cylindrical fiber substrates in a way that creates shadowing of the incoming flux so that materials with high porosity are obtained. These materials are currently outperforming their commercial counterparts. Throughout this work, the new materials we have made have been characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, time-of-flight secondary ion mass spectrometry, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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