Sintering Conditions and their Effect on Alumina's (α-Al2O3) Mechanical Properties

Abstract

Стаття присвячена дослідженню впливу умов спікання на оксид алюмінію, отриманого шляхом природного спікання. Нанопорошок, використаний як вихідний матеріал, був α -оксидом алюмінію (α-Al2O3), отриманим від Bai-kowski (Baikalox-BMA15, Франція), із чистотою 99,99 % і середнім розміром частинок 150 нм. Для приготування шликера використовувався вологий процес, при цьому 24 години сприяли деагломерації 50 г порошку оксиду алюмінію. Щоб усунути потенційне забруднення, шликер був відлитий у ПВХ-форми та розміщений на підкладці з оксиду алюмінію. Комплексний цикл сушіння був ретельно проведений, щоб зменшити ймовірність розтріскування. Це включало такі етапи, як кип’ятіння води, силікагель, висушування середовища, обробка в печі та, нарешті, піч. Щоб звести нанівець вплив органічних добавок і залишкових газоподібних форм, шликер пройшов процес роз’єднання при 600 °C. Процес спікання виконувався при змінних температурах від 1200-1500 °C, з інтервалами 100 °C, і тривалістю витримки 1 год. і 3 год. Пристрій Grindo-Sonic застосовувався для вимірювання модуля Юнга за допомогою динамічного методу, тоді як механічна міцність була визначена за допомогою випробування на вигин у чотирьох точках. Зразки, спечені протягом 3 годин і 1 години, продемонстрували міцність на розрив 352 і 641 МПа і від 164 до 528 МПа відповідно. Крім того, пористі зразки виготовляли з використанням 5 % пшеничного крохмалю як пороутворювача. Пористість протягом 1 години та 3 годин змінювалася між 0,01 %-0,18 % та 0,01 %-0,1 % відповідно, тоді як для пористих зразків пористість коливалася в межах 0,1 %-0,35 %. Результати показали, що зразки, спечені протягом часу витримки 3 години, були щільнішими, ніж ті, спечені протягом 1 години. 100 % щільність зразка була досягнута при 1400 °C протягом 3 годин. Аналіз показав, що більша тривалість витримки 3 години призвела до кращих механічних властивостей.

The current study explores the influence of sintering conditions on alumina derived through natural sintering. The nanopowder employed as the starting material was α-alumina (α-Al2O3), sourced from Baikowski (Baikalox-BMA15, France), boasting a purity of 99.99 % and an average particulate size of 150 nm. A wet process was utilized to prepare the slip, with 24 hours facilitating the deagglomeration of 50 g of Alumina powder. To eliminate potential contamination, the slip was cast within PVC molds and positioned on an alumina support. A comprehensive drying cycle was meticulously conducted to reduce the likelihood of cracking. This included steps such as boiling water, silica gel, dry medium exposure, oven treatment, and finally, a furnace. To negate the influence of organic additions and remnant gaseous species, the slip underwent a debinding process at 600 °C.The sintering process was executed at varying temperatures ranging from 1200-1500 °C, with 100 °C intervals, and holding durations of 1h and 3 h. The Grindo-Sonic device was applied to measure Young’s modulus using a dynamic method, whereas the mechanical strength was ascertained through a four-point bending test. Samples sintered for 3h and 1h demonstrated breaking strengths of 352 and 641 MPa and 164 to 528 MPa respectively. Additionally, porous samples were fabricated using 5 % wheat starch as a porogen. The porosity within 1 h and 3 h varied between 0.01 %-0.18 %, and 0.01 %- 0.1 % respectively, whereas, for porous samples, the porosity fluctuated between 0.1 %-0.35 %. The results showed that the samples sintered for a holding time of 3 h were denser than those sintered for 1 h. A 100 % dense sample was achieved at 1400 °C for 3 h. The analysis revealed that a longer holding duration of 3 h resulted in superior mechanical properties.