Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 61, Issue: 2, 2009
  • pp: 87-91

download: article (PL)

Microstructure and properties of the Al2O3-Si3N4 composites produced by a sol-gel method with hetero-crystallization

Abstract (EN)

Mixtures of the Al2O3-Si3N4 nano-powders were prepared via hetero-crystallization by using a sol-gel method with the contribution of chemical reactions that proceeded between the alkoxyaluminum compounds and water. In order to achieve the best possible homogeneity of the Si3N4 particles in the Al2O3 matrix, pH of the solution was controlled during the process. The mixture containing 20 wt.% of Si3N4 was calcined for 20 h at a temperature of 800°C in air, then added to a commercial-grade Al2O3 powder so as to obtain Al2O3+xSi3N4 mixtures (where x = 1.25, 2.5 and 5 wt.%), which were finally sintered for 1 h at a temperature of 1350 or 1450°C under a pressure of 30 MPa.

The paper describes the microstructure, density, water absorption, porosity and mechanical properties, such as Young modulus, hardness and fracture toughness, of the sinters obtained.

The sintered composites had the relative density exceeding 95%, and the distribution of component phases was uniform. It has been found that the presence of Si3N4 considerably improved mechanical properties of the Al2O3 matrix. The hardness and fracture toughness of the Al2O3+xSi3N4 composites were higher than those of the sinter produced from the Al2O3 nanopowder delivered by the Taimei Company. The highest toughness was measured for the composite with 2.5 wt.% Si3N4.

Keywords (EN): Sol-gel processes, Microstrukture - final, Mechanical properties, Al2O3, Si3N4

Mikrostruktura i właściwości kompozytów Al2O3-Si3N4 otrzymywanych na drodze heterokrystalizacji metodą zol-żel

Zawada A., Kunicki A., Ziemkowska W., Pietrzykowski A., Olszyna A.

Abstract (PL)

Mieszaniny nanoproszków Al2O3-Si3N4 otrzymywano na drodze heterokrystalizacji w procesie zol-żel z wykorzystaniem reakcji związków alkoksyglinowych z wodą. W czasie procesu kontrolowano pH roztworu w celu zapewnienia jak najlepszej homogenizacji cząstek Si3N4 w osnowie spieczonego Al2O3. Otrzymaną mieszaninę nanoproszków o zawartości 20 %wag. Si3N4 poddawano prażeniu w temperaturze 800°C w atmosferze powietrza przez 20 h. Do wyprażonego produktu dodawano proszek handlowy Al2O3 tak aby otrzymać mieszaniny proszków Al2O3 + xSi3N4, gdzie x = 1,25; 2,5; 5 %wag., które następnie poddano procesowi spiekania w temperaturze 1350 lub 1450°C pod ciśnieniem 30 MPa przez 1 godzinę.

W artykule opisano mikrostrukturę, gęstość, nasiąkliwość, porowatość i właściwości mechaniczne takie jak: moduł Younga, twardość i odporność na kruche pękanie, otrzymanych spieków.

Otrzymane spieki charakteryzowały się gęstością względną w przedziale 95-100 % i jednorodnym rozkładem obu faz w mikrostrukturze kompozytu. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono znaczny wpływ Si3N4 na poprawę właściwości mechanicznych Al2O3. Kompozyty Al2O3+xSi3N4 miały wyższą twardość i odporność na kruche pękanie w porównaniu ze spiekiem wykonanym z nanoproszku Al2O3 firmy Taimei. Najwyższym współczynnikiem odporności na kruche pękanie charakteryzował się kompozyt o zawartości 2,5%wag. Si3N4.

Keywords (PL): procesy zol-żel, mikrostruktura – finalna, właściwości mechaniczne, Al2O3, Si3N4

return…