Alumina ceramics with particle inclusions

Abstract

Alumina composites have been prepared with particle inclusions of 0–30 wt% titanium carbonitride and/or 0–5 wt% nickel, or nickel plus molybdenum metal. The metal was added in three different ways; as metal powder, as metal oxide, or as the intermetallic compound Ti 2 Ni. Pressureless sintering at 1750°C gave densities varying from 90% of theoretical density to full density. All materials were post-HIPed to full density at 1600°C before measurement of mechanical properties. Addition of metal alone increased the fracture toughness from 3·0 to 3·7 MPam 1 2 , but decreased the Vickers hardness, HV 10, from 1650 to 1500. The simultaneous addition of hard titanium carbonitride inclusions compensated for the decrease in hardness and gave a further increase in fracture toughness. The alumina composites with 5 wt% metal and 30 wt% Ti(C,N) inclusions had a hardness of 1800 and a fracture toughness of about 5 MPam 1 2 . Aluminiumoxid-Verbunde mit einem Anteil teilchenförmiger Einschlüsse von 0–30 Gew.% Titankarbonitrid und/oder 0–5 Gew.% Nickel oder einer Mischung von Nickel und Molybdän wurden hergestellt. Das Metall wurde in drei verschiedenen Formen zugegeben: als Metallpulver, als Metalloxid oder vorlegiert, als intermetallische Verbindung Ti 2 Ni. Druckloses Sintern bei 1750°C führte zu Dichten oberhalb 90% der theoretischen Dichte. Alle Materialien wurden anschließend durch HIP'en bei 1600°C vollständig verdichtet, bevor ihre mechanischen Eigenschaften bestimmt wurden. Der Zusatz von Metall bewirkt eine Zunahme der Bruchzähigkeit von 3·0 auf 3·7 MPam 1 2 , senkt allerdings die Vickershärte (HV 10) des Materials von 1650 auf 1500 herab. Die gleichzeitige Zugabe von harten Titankarbonitrid Einschlüssen kompensiert die Abnahme der Härte und führt zu einer weiteren Erhöhung der Bruchzähigkeit. Aluminiumoxid-Verbunde mit 5 Gew.% Metall-Zusatz und 30 Gew.% Ti(C,N) Einschlüssen zeigen eine Härte von 1800 und eine Bruchzähigkeit von etwa 5 MPam 1 2 . Des composites alumineux ont été préparés par dispersion de 0 à 30% en poids de carbonitrure de titane et/ou 0 à 5% de nickel, ou de nickel avec du molybdène. Ce métal a 'etté additionné de 3 façons différentes, sous forme de poudre métallique, d'oxyde ou de composé intermétallique Ti 2 Ni. Le frittage naturel à 1750°C permet d'obtenir des densités variant de 90 à 100% de la densité théorique. Tous les matériaux ont été postfrittés sous pression isostatique (HIP) à 1600°C, avant d'être testés mécaniquement. L'addition de métal seul permet d'accroître le facteur critique d'intensité de contrainte de 3·0 à 3·7 MPam 1 2 , mais conduit à une diminution de la dureté Vickers (HV 10), de 1650 à 1500. L'addition simultanée de carbonitrure de titane compense la diminution de dureté et conduit à une augmentation de la ténacité. Les composites contenant 5% en poids de métal et 30% de Ti (C,N) présentent une dureté de 1800 et une ténacité d'environ 5 MPam 1 2 .