A sintered body of $TiB_2$-reinforced iron matrix composite ($Fe-TiB_2$) is fabricated by pressureless-sintering of a mixture of titanium hydride ($TiH_2$) and iron boride (FeB) powders. The powder mixture is prepared in a planetary ball-mill at 700 rpm for 3 h and then pressurelessly sintered at 1300, 1350 and $1400^{\circ}C$ for 0-2 h. The optimal sintering temperature for high densities (above 95% relative density) is between 1350 and $1400^{\circ}C$, where the holding time can be varied from 0.25 to 2 h. A maximum relative density of 96.0% is obtained from the ($FeB+TiH_2$) powder compacts sintered at $1400^{\circ}C$ for 2 h. Sintered compacts have two main phases of Fe and $TiB_2$ along with traces of TiB, which seems to be formed through the reaction of TiB2 formed at lower temperatures during the heating stage with the excess Ti that is intentionally added to complete the reaction for $TiB_2$ formation. Nearly fully densified sintered compacts show a homogeneous microstructure composed of fine $TiB_2$ particulates with submicron sizes and an Fe-matrix. A maximum hardness of 71.2 HRC is obtained from the specimen sintered at $1400^{\circ}C$ for 0.5 h, which is nearly equivalent to the HRC of conventional WC-Co hardmetals containing 20 wt% Co.
The ultrafine titanium carbonitride ($TiC_xN_y$) particles below 100 nm in mean size, including various carbon and nitrogen contents (x=0.55~0.9, y=0.1~0.5), were successfully synthesized by new Mg-thermal reduction process. Nanostructured sub-stoichiometric titanium carbide ($TiC_x$) particles were initially produced by the magnesium reduction of gaseous $TiCl_4+x/2C_2Cl_4$ at $890^{\circ}C$ and post heat treatments in vacuum were performed for 2 hrs to remove residual magnesium and magnesium chloride mixed with $TiC_x$. Finally, well C/N-controled $TiC_xN_y$ phases were successfully produced by nitrification heat treatment under normal $N_2$ gas atmosphere at $1150^{\circ}C$ for 2 hrs. The values of purity, mean particle size and oxygen content of produced particles were about 99.3%, 100 nm and 0.2 wt.%, respectively.
Kothari, Kunal;Radhakrishnan, Ramachandran;Sudarshan, Tirumalai S.;Wereley, Norman M.
Advances in materials Research
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v.1
no.1
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pp.51-74
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2012
A powder metallurgy-based rapid consolidation technique, Plasma Pressure Compaction ($P^2C^{(R)}$), was utilized to produce near-net shape parts of gamma titanium aluminides (${\gamma}$-TiAl). Micron-sized ${\gamma}$-TiAl powders, composed of Ti-50%Al and Ti-48%Al-2%Cr-2%Nb (at%), were rapidly consolidated to form near-net shape ${\gamma}$-TiAl parts in the form of 1.0" (25.4 mm) diameter discs, as well as $3"{\times}2.25"$ ($76.2mm{\times}57.2mm$) tiles, having a thickness of 0.25" (6.35 mm). The ${\gamma}$-TiAl parts were consolidated to near theoretical density. The microstructural morphology of the consolidated parts was found to vary with consolidation conditions. Mechanical properties exhibited a strong dependence on microstructural morphology and grain size. Because of the rapid consolidation process used here, grain growth during consolidation was minimal, which in turn led to enhanced mechanical properties. Consolidated ${\gamma}$-TiAl samples corresponding to Ti-48%Al-2%Cr-2%Nb composition with a duplex microstructure (with an average grain size of $5{\mu}m$) exhibited superior mechanical properties. Flexural strength, ductility, elastic modulus and fracture toughness for these samples were as high as 1238 MPa, 2.3%, 154.58 GPa and 17.95 MPa $m^{1/2}$, respectively. The high temperature mechanical properties of the consolidated ${\gamma}$-TiAl samples were characterized in air and vacuum and were found to retain flexural strength and elastic modulus for temperatures up to $700^{\circ}C$. At high temperatures, the flexural strength of ${\gamma}$-TiAl samples with Ti-50%Al composition deteriorated in air by 10% as compared to that in vacuum. ${\gamma}$-TiAl samples with Ti-48%Al-2%Nb-2%Cr composition exhibited better if not equal flexural strength in air than in vacuum at high temperatures.
;Marca M. Doeff;Abraham Anapolsky;Thomas J. Richardson
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.10
no.5
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pp.362-366
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2000
$Li_{0.44}MnO_2$cathode material has high reversibility during lithium insertion processes and is not easily damaged through over-charging or over-discharging. $Mn_2O_3$is often present as an impurity phase, and reduce the electrochemical capacity of electrode because this phase is electrochemically inert. Adding of excess NaOH reduced the $Mn_2O_3$to the content under undetectable by X-ray diffraction. Because the capacity can be increased in the cathode materials with larger unit cell, some of the manganese was replaced with titanium having larger ion size, and powders with the formula $Li_{0.44}T_{iy}Mn_{1-y}O_2$(where y = 0.11, 0.22, 0.33, 0.44, and 0.55) was synthesized and characterized. A maximum reversible capacity of 150 mAh/g was obtained for $Li/P(EO)_8$LiTFSI/$Li_{0.44}Ti_{0.22}Mn_{0.78}O_2$cells in electrochemical potential spectroscopy (ECPS) experiments. Cells with the titanium-doped manganese oxides exhibited a fade rate of 0.12 % or less per cycle.
Ti has received considerable attention for aerospace, vehicle, and semiconductor industry applications because of its acid-resistant nature, low density, and high mechanical strength. A common precursor used for preparing Ti materials is $TiCl_4$. To prepare high-purity $TiCl_4$, a process based on the removal of $VOCl_3$ has been widely applied. However, $VOCl_3$ removal by distillation and condensation is difficult because of the similar physical properties of $TiCl_4$ and $VOCl_3$. To circumvent this problem, in this study, we have developed a process for $VOCl_3$ removal using Cu powder and mineral oil as purifying agents. The effects of reaction time and temperature, and ratio of purifying agents on the $VOCl_3$ removal efficiency are investigated by chemical and structural measurements. Clear $TiCl_4$ is obtained after the removal of $VOCl_3$. Notably, complete removal of $VOCl_3$ is achieved with 2.0 wt% of mineral oil. Moreover, the refined $TiCl_4$ is used as a precursor for the synthesis of Ti powder. Ti powder is fabricated by a thermal reduction process at $1,100^{\circ}C$ using an $H_2-Ar$ gas mixture. The average size of the Ti powder particles is in the range of $1-3{\mu}m$.
Kim, Woosung;Hong, Myungpyo;Kim, Yanggon;Suh, Chang Hee;Lee, Jongwon;Lee, Sunghee;Sung, Ji Hyun
Journal of Welding and Joining
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v.32
no.4
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pp.10-14
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2014
Laser aided Direct Metal Tooling(DMT) process is a kind of Additive Manufacturing processes (or 3D-Printing processes), which is developed for using various commercial steel powders such as P20, P21, SUS420, H13, D2 and other non-ferrous metal powders, aluminum alloys, titanium alloys, copper alloys and so on. The DMT process is a versatile process which can be applied to various fields like the mold industry, the medical industry, and the defense industry. Among of them, the application of DMT process to the mold industry is one of the most attractive and practical applications since the conformal cooling channel core of injection molds can be fabricated at the slightly expensive cost by using the hybrid fabrication method of DMT technology compared to the part fabricated with the machining technology. The main objectives of this study are to provide various characteristics of the parts made by DMT process compared to the same parts machined from bulk materials and prove the performance of the injection mold equipped with the conformal cooling channel core which is fabricated by the hybrid method of DMT process.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.06a
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pp.286-287
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2006
Barium titanate ($BaTiO_3$) glycolate particles were synthesized at temperature as low as $100^{\circ}C$ through glycothermal reaction by using $Ba(OH)_2{\cdot}8H_2O$ and amorphous titanium hydrous gel as precursors and ethylene glycol as solvent. The particle size and morphology of $BaTiO_3$ glycolate powders can be controlled by varying the reaction conditions such as the reaction temperature and Ba:Ti molar ratio of starting precursors. After glycothermal treatment at $220^{\circ}C$ for 24 h in 1.25:1(Ba:Ti), the average particle size of the $BaTiO_3$ glycolate powder was about 200-400 nm and low agglomeration. $BaTiO_3$ powders were formed by heat-treating the glycolate powder in air at $500-1000^{\circ}C$. As a result, the size of $BaTiO_3$ crystallites changed from around 50-300 nm. It is also demonstrated that the size and shape of $BaTiO_3$ particles investigated as a function of calcination temperature. The $BaTiO_3$ particles obtained from optimum synthesis condition were pressed, sintered and measured for the dielectric property. The $BaTiO_3$ ceramics sintered at $1250^{\circ}C$ for 2 h had 98 % of theoretical density. The ceramics have an average grain size of about $1\;{\mu}m$ and displays the high dielectric constant (~3100) and low dielectric loss (<0.1) at room temperature.
Yun, Ye Jun;Park, Chun Woong;Choi, Won June;Byun, Jongmin
Journal of Powder Materials
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v.28
no.1
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pp.20-24
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2021
Ti-based alloys are widely used in biomaterials owing to their excellent biocompatibility. In this study, Ti-Mn-Cu alloys are prepared by high-energy ball milling, magnetic pulsed compaction, and pressureless sintering. The microstructure and microhardness of the Ti-Mn-Cu alloys with variation of the Cu addition and compaction pressure are analyzed. The correlation between the composition, compaction pressure, and density is investigated by measuring the green density and sintered density for samples with different compositions, subjected to various compaction pressures. For all compositions, it is confirmed that the green density increases proportionally as the compaction pressure increases, but the sintered density decreases owing to gas formation from the pyrolysis of TiH2 powders and reduction of oxides on the surface of the starting powders during the sintering process. In addition, an increase in the amount of Cu addition changes the volume fractions of the α-Ti and β-Ti phases, and the microstructure of the alloys with different compositions also changes. It is demonstrated that these changes in the phase volume fraction and microstructure are closely related to the mechanical properties of the Ti-Mn-Cu alloys.
Transparent $TiO_2$ thin films prepared by sol-gel process using the modification of titanium(IV) alkoxide showed improved thermal stability and high refraction index. Compared to the pure $TiO_2$ film, the modified $TiO_2$ films show the increased index of refraction under proper condition at pH 2.5. Transparency of these $TiO_2$ thin films were more than 80% in the visible region. It has been demonstrated that the reaction occurs in the amorphous phase: an exchange of phase results in anatase before and after 400$^{\circ}C$, in rutile over 700$^{\circ}$C form the XRD results. The particle sizes, shapes and structures of these nanoclusters in the $TiO_2$ films have been identified through a SEM and XRD. The physical properties and structures of their powders have also been studied through a SEM, XRD, TGA and DSC. The thickness and index of refraction have been determined by the analysis of ellipsometric spectra.
Theoretical backgrounds on the experimental methods of explosive welding, explosive forming and shock consolidation of powders are introduced. Explosive welding experiments of titanium (Ti) and stainless steel (SUS 304) plate were carried out. It was revealed that a series of waves of metal jet are generated in the contact surface between both materials; and that the optimal collision velocity and collision angle is about 2,100~2,800 m/s and $15{\sim}20^{\circ}$, respectively. Also, explosive forming experiments of Al plate were performed and compared to a conventional press forming method. The results confirmed that the shock-loaded Al plate has a larger curvature deformation than those made using conventional press forming. For shock consolidation of powders, the propagation behaviors of a detonation wave and underwater shock wave generated by explosion of an explosive are investigated by means of numerical calculation. The results revealed that the generation and convergence of reflected waves occur at the wall and center position of water column, and also the peak pressure of the converged reflected waves was 20 GPa which exceeds the detonation pressure. As results from the consolidation experiments of metal/ceramic powders ($Fe_{11.2}La_2O_3Co_{0.7}Si_{1.1}$), shock-consolidated $Fe_{11.2}La_2O_3Co_{0.7}Si_{1.1}$ bulk without cracks was successfully obtained by adapting the suggested water container and strong bonding between powder particles was confirmed through microscopic observations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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