The effect of nano-TiO2 addition on the properties of mullite-zirconia composites prepared by slip casting

Badiee, Seyyed Hossein; Otroj, Sasan; Rahmani, M.

doi:10.2298/sos1203341b

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“…It has been reported that TiO 2 is a good mineralizer for promoting the crystallization of the MA and A 3 S 2 . In addition, TiO 2 was frequently employed to enhance the sintering of Al 2 O 3 ceramics through the formation of Al 2 O 3 ‐TiO 2 solid solution .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effect of talc and titania on the microstructure and mechanical properties of alumina ceramics

Wei

et al. 2017

Int J Applied Ceramic Tech

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Alumina (Al2O3) ceramics were prepared with nucleating agent of titania (TiO2) and fluxing agent of talc by the normal pressure sintering method. The effects of TiO2 and talc on phase composition, microstructure, and mechanical properties of Al2O3 ceramics, as well the strengthening and toughening mechanism were investigated. It was found that the introduction of TiO2 could be favorable for mullite formation and the improved densification of ceramics, resulting in improved mechanical properties of ceramics as well. Ceramics possess the best comprehensive mechanical performance with fracture toughness of 3.69 MPa·m1/2 and flexural strength of 255.9 MPa when 4 wt.% TiO2 and 15 wt.% talc were added. Mineral bridges and nanocrystallites were found in the glass‐ceramics, which caused the deflection of cracks so that it strengthened the grain boundary and improved the mechanical properties of ceramics.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effect of talc and titania on the microstructure and mechanical properties of alumina ceramics

Wei

et al. 2017

Int J Applied Ceramic Tech

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“…The addition of TiO 2 to mullite-zirconia composites prepared from different alumina sources leads to change of reaction sintering, densification and microstructure which can alternately change the formation temperature and retention of tZrO 2 phase in these composites [20][21][22][23].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…The mullite-zirconia composites containing different amounts of micro-and nano-TiO 2 particles were prepared by reactionsintering of alumina and zircon powder by other authors using slip casting as shaping method [23]. Then, the physical properties, phase composition, flexural strength and microstructure of these composites were finally evaluated.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Dense mullite–zirconia–zirconium titanate ceramic composites by reaction sintering

Rendtorff

Gómez

Gauna

et al. 2016

Ceramics International

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Materials from the Al 2 O 3 -SiO 2 -ZrO 2 and the Al 2 O 3 -SiO 2 -ZrO 2 -TiO 2 systems have several high temperature applications because they present the good refractoriness, chemical inertness, adequate mechanical and thermo-mechanical behaviors with a relatively good cost: performance ratio. In this work stoichiometric (3:2:1) molar incompatible mixtures of alumina (Al 2 O 3 ), zircon (ZrSiO 4 ) and titania (TiO 2 ) were slip casted and sintered in a 1300-1500 1C temperature range in order to obtain mullite (3Al 2 O 3 Á 2SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ) and zirconium titanate (ZrTiO 4 ) dense triple ceramic composite.Both sintering and reaction occurred after the thermal treatments. Reaction progress and densification evolutions were established. Dense Triplex composite materials were achieved after 1500 1C treatments. The reaction-sintering was followed by XRD, TG-DTA, and dilatometry. Densification started at 1100 1C and the chemical reactions only started above 1300 1C. Aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ) was found to be an intermediate of the reaction after 1400 1C treatments. Materials treated below 1300 1C presented a partial densification of the unreacted starting powders. Resulting ceramic materials were characterized. The crystalline phases were evaluated, as well as the texture properties. The achieved microstructure consisted in interlocked multiphase ceramic with zirconia (monoclinic) grains. The achieved Hv and K IC reached 9 GPa and 4.3 MPa m 1/2 respectively. The dense and interlocked ceramic microstructure and relative high mechanical properties of the developed material encourages several high temperature applications. Finally it can be pointed out that after 1500 1C treatments some detrimental grain growth was observed.

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“…Este conjunto de cualidades hacen de este cerámico un material de gran interés para aplicaciones en usos de alta tecnología en condiciones estructurales y se considera un material adecuado para su uso en electrónica [1,11], así como en fabricación de espumas cerámicas a partir de pastas refractarias para someterlas a trabajos de alta temperatura [12], en aplicaciones como aislantes térmicos, soportes para catalizadores, filtros, quemadores de combustión de gases, materiales estructurales livianos y biocerámicos [13,14]. Pero ante toda la diversificación de aplicaciones, la mullita al ser un material cerámico presenta alta fragilidad debido a su baja tenacidad a la fractura; es decir, es un material susceptible a falla mecánica por agrietamiento cuando es sometido a esfuerzos mecáni-cos. En este sentido se han realizado investigaciones en busca del incremento de esta propiedad mecánica y se ha encontrado que la incorporación de partículas metálicas y cerámicas en la matriz de materiales cerámi-cos han mejorado esta propiedad [3, [15][16][17][18]. En particular en algunas investigaciones principalmente donde el refuerzo de la matriz cerámica es metálica como Ag, Ti, Ni, Co, Cu fabricadas por molienda de alta energía han mostrado resultados favorables no solo en el incremento de la tenacidad a la fractura si no también cambios en la microestructura y dureza [15,[19][20][21], también en estudios de alúmina y mullita reforzadas con metales se han reportado comportamientos de naturaleza eléctrica [20,22].…”

unclassified

“…Pero ante toda la diversificación de aplicaciones, la mullita al ser un material cerámico presenta alta fragilidad debido a su baja tenacidad a la fractura; es decir, es un material susceptible a falla mecánica por agrietamiento cuando es sometido a esfuerzos mecáni-cos. En este sentido se han realizado investigaciones en busca del incremento de esta propiedad mecánica y se ha encontrado que la incorporación de partículas metálicas y cerámicas en la matriz de materiales cerámi-cos han mejorado esta propiedad [3, [15][16][17][18]. En particular en algunas investigaciones principalmente donde el refuerzo de la matriz cerámica es metálica como Ag, Ti, Ni, Co, Cu fabricadas por molienda de alta energía han mostrado resultados favorables no solo en el incremento de la tenacidad a la fractura si no también cambios en la microestructura y dureza [15,[19][20][21], también en estudios de alúmina y mullita reforzadas con metales se han reportado comportamientos de naturaleza eléctrica [20,22].…”

unclassified

Tenacidad a la fractura de compuestos cermets 3Al2O3*2SiO2/Ag manufacturados por molienda de alta energía

et al. 2016

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RESUMENLa fabricación de materiales compuestos de matriz cerámica reforzados con partículas metálicas han propiciado la formación de nuevos materiales conocidos como compuestos CERMETS, materiales que debido a sus elementos precursores poseen propiedades distintas a las de los materiales convencionales. En este trabajo se establece la ruta de fabricación de materiales compuestos cermets base 3Al 2 O 3 *2SiO 2 reforzados con partículas metálicas de Ag a partir de la formación de la composición química en peso de polvos de 3Al 2 O 3 *2SiO 2 / 1% Ag en busca de un aumento en la tenacidad a la fractura con respecto al cerámico base. La composición química de polvos es sometida a un proceso de mezcla molienda de alta energía en seco en un molino tipo planetario por 2 horas a 200 rpm. Los polvos posteriormente son conformados en muestras cilíndricas de 20 mm de diámetro y 3 mm de espesor mediante la aplicación de carga uniaxial en frío de 200 MPa. Las muestras son sinterizadas a 1500°C y 1600°C por una y dos horas en un horno de resistencia eléc-trica en atmósfera controlada de gas nitrógeno. Los compuestos fabricados son analizados microestructuralmente por microscopia óptica y electrónica de barrido. Se determina la densidad y las propiedades mecánicas de dureza y tenacidad a la fractura, las dos últimas por el método de indentación. Los resultados muestran la viabilidad de fabricación de materiales compuestos cermets así como los cambios en la densidad, la dureza y la tenacidad a la fractura, con respecto al cerámico 3Al 2 O 3 *2SiO 2 sin refuerzo metálico.Palabras clave: Tenacidad a la fractura, cermets, metalurgia de polvos, molienda ABSTRACTThe composites known as CERMETS are a combination between ceramics and metallic materials. The properties of these materials are different in comparison to conventional materials and their derivatives. The processing methodology of 3Al 2 O 3 *2SiO 2 reinforced with silver metallic particles (CERMET) was established and discussed in this research. The final chemical composition of the powder mixture obtained by high energy mechanical milling technology was 3Al 2 O 3 *2SiO 2 / 1 wt.% Ag in order to improve the fracture toughness aptitude as related to the ceramic base material. The milling was carried out for 2 hours at 200 rpm in dry. The powders were uniaxially pressed into cylindrical samples at a pressure of 200 MPa and then were subjected to a sintering treatment at 1500°C and 1600°C for 1 and 2 hours respectively using an electric furnace with nitrogen gas atmosphere. The resulted materials were microstructurally analyzed by using optical and scanning electron microscopy techniques. The density and the mechanical properties of hardness and fracture toughness were also evaluated, these last two were obtained by using the indentation method. The results

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The effect of nano-TiO2 addition on the properties of mullite-zirconia composites prepared by slip casting

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Effect of talc and titania on the microstructure and mechanical properties of alumina ceramics

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Dense mullite–zirconia–zirconium titanate ceramic composites by reaction sintering

Tenacidad a la fractura de compuestos cermets 3Al2O3*2SiO2/Ag manufacturados por molienda de alta energía

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