纳米-NI的高温氧化在空气中分散Al2O3复合材料

Makoto Nanko，Masahiro Mizumo，Miku Watanabe，Koji Matsumaru和Kozo Ishizaki

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Azojomo（ISSN 1833-122X）2006年5月2日

涵盖了主题

抽象的

关键字

介绍

实验

样品的准备

样品的氧化

结果与讨论

结论

致谢

参考

联系方式

抽象的

Al的氧化行为₂o₃在空气中研究了1200 - 1350°C的基于5 vol％Ni颗粒分散体的基于5 vol％Ni颗粒分散的纳米复合材料。氧化区由Al组成₂o₃矩阵和尼尔₂o₄尖晶石谷物。连续的₂o₄在复合材料的表面上也观察到层。氧化区遵循抛物线生长。因此，氧化区的质量运输是速率控制步骤。纳米复合材料的抛物线速率常数比Al快3倍₂o₃复合材料分散在10μMNI颗粒中。yabo214

关键字

高温氧化，ni，al₂o₃，纳米复合材料，动力学

介绍

需要新的高温材料来提高热循环（例如燃气轮机亚博网站下载发动机）的能量转换效率。功能分级的材料（称为FGM）已成为下一代亚博网站下载高温材料的关注。由于在高温下可以通过氧化物基质，因此分散的金属颗粒在基质中被氧化。yabo214金属散布由于氧化而扩展，并导致基质中的应力。最后，复合材料被破裂。要在高温下应用FGM，氧化/腐蚀性耐药性非常重要。

Nanko等。[1]报道了与Ni颗粒（Ni/PSZ）的部分稳定锆石（PSZ）复合材料的高温氧化。yabo214由于Ni颗粒的氧化，PSZ基质破裂了。yabo214破裂的区域与氧化时间成正比。Al的高温氧化₂o₃带有Ni颗粒的基质复合材料（Ni/Alyabo214₂o₃）也报道了[2,3]。Nanko等。[2]报告说₂o₃具有出色的机械性能和离子的低扩散率₂o₃与金属Ni颗粒分散的复合材料（Ni/Alyabo214₂o₃）比Ni/PSZ具有更高的氧化阻力。Ni/Al的氧化区₂o₃具有显示nial的结构₂o₄谷物分散在Al中₂o₃具有表面nial的基质₂o₄层。氧化区的生长遵循抛物线定律，这意味着氧化区中的质量转运是速率控制的。氧化区没有破裂。但是，在该区域中形成了空隙₂o₄谷物。这些空隙是通过在Ni氧化过程中向外扩散而形成的。

Wang等。[3]报道了Ni/Al的氧化₂o₃在1000至1300ºC的温度下。他们研究了用更细的Ni颗粒的复合材料的氧化行为（2-5yabo214μm）比我们以前的工作（10μm）[2]。氧化行为遵守了抛物线法。氧化速率随着Ni体积分数的增加而增加。还研究了MGO复合材料与10μMNI颗粒的高温氧化[4]。yabo214

具有金属色散的基于陶瓷的纳米复合材料具有出色的机械性能，例如高断裂强度和高断裂韧性[5]。为了提高FGM的机械强度，应将纳米金属颗粒分散在复合材料的陶瓷基质中。yabo214然而，尚未在由陶瓷基质和金属分散体制成的纳米复合材料上研究高温氧化。如上所述，先前对高温氧化的研究仅在“宏观复合材料”上进行。在本文中，纳米-NI分散的高温氧化₂o₃讨论了复合材料并将其与Ni /Al进行比较₂o₃宏观复合材料。ni/al₂o₃纳米复合材料是具有优质机械性能的吸引人材料[5，6]。亚博网站下载

实验

准备样品的耕种

用于准备纳米复合粉末，一种使用Ni的方法（否₃）₂采用了解决方案作为NI分散体的来源，这与Sekino等人报道的溶液相似。[6]。通过混合制备浆液商业广告₂o₃粉末（平均粒径：0.5μm，纯度：99.99％）和50质量％-Ni的水溶液（无₃）₂·6H₂o减少后5％ni。Al的混合物₂o₃通过将浆液滴到300°C加热的玻璃管中，制备纳米尼奥粉。在AR-1％h的流中，将粉末混合物在600°C下降低12小时₂气体混合物。减少的粉末通过1400°C的脉冲电流压力插入技术在55 MPa压力下在真空中固结在55 MPa压力下，在55 MPa压力下进行5分钟的固定时间。烧结的样品至少达到了理论价值的99％的密度。样品表面由＃2000（12μm）SIC浸泡纸接地，然后用4μm-diamond浆液抛光。图1显示了SEM照片的SEM照片。小毛孔很少。直径为次米的细白色颗粒是yabo214均匀分散的Ni颗粒。

样品的氧化

将样品放在氧化铝坩埚中的氧化铝球（直径3毫米）上，并在温度下氧化为1200和1350°C的空气。氧化实验中的加热和冷却速率为400 k/h。样品的相识别是通过X射线衍射（XRD）进行的。通过扫描电子显微镜（SEM）观察样品的显微结构。通过使用SEM观察微结构来确定氧化区的厚度。

结果与讨论

图2显示了以1300°C氧化的样品的SEM照片3 d。在从表面到深度为200μm的区域中，没有观察到Niyabo214颗粒，但是可以看到大于Ni颗粒的谷物。在该区域，具有亚微米的细小空隙直径也出现。也观察到一个连续的表面层，其在区域中分散到200μm深度的谷物的颜色相同，如图2（b）所示。基于XRD结果，该区域中的表面层和晶粒由NIAL组成₂o₄尖晶石，这是Ni颗粒和Al的氧化产物yabo214₂o₃矩阵。在这项研究中，从样品表面到氧化前端的区域被定义为氧化区。氧化区类似于Ni/Al的氧化区₂o₃宏观复合材料如前所述[2，3]。

随着氧化时间的增加，氧化区的厚度增加。图3显示了Ni/Al氧化区厚度的时间依赖性₂o₃纳米复合材料，X，在各种氧化温度下。随着氧化温度的升高，氧化区的厚度增加。

图4显示了Ni/氧化区生长的抛物线图al₂o₃纳米复合材料。氧化区的生长遵守抛物线法，可以表达如下：

X²= k_pt（1）

k_p是抛物线速率常数。由于氧化区是致密的，如图2所示，因此通过氧化区的质量转运是氧化区生长过程的主要运输。

图5显示了Ni/Al的高温氧化的抛物线速率常数的比较₂o₃与al的这些₂o₃形成合金。Ni/Al的高温氧化的抛物线速率常数₂o₃纳米复合材料由：

（2）

Ni/Al的氧化速率₂o₃纳米复合材料比Ni/Al速率高3倍₂o₃宏观复合材料。Ni/Al氧化区生长的明显激活能量₂o₃复合材料类似于Ni/Al的一种₂o₃宏观复合材料[2]。

通常，由精细金属分散体组成的陶瓷基纳米复合材料具有更细的晶粒尺寸，因为精细分散体是烧结过程中基质晶粒生长的抑制剂。如先前的报告[2]中所述，沿氧化区的晶界扩散，这主要是Al₂o₃，是氧化区生长的速率控制过程。沿晶界扩散的通量与晶粒尺寸的倒数成正比。Ni/Al的更快氧化速率₂o₃纳米复合材料可能是由较细的Al谷物引起的₂o₃氧化区的基质比Ni/Al₂o₃宏观复合材料。

结论

Al的氧化行为₂o₃在空气中的1200至1350ºC的温度下研究了基于5 vol％Ni颗粒分散体的基于5 vol％Ni颗粒分散体的纳米复合材料。氧化区由Al组成₂o₃矩阵和尼尔₂o₄表面谷物₂o₄层。在氧化区中观察到具有亚微米的空隙。氧化区的生长遵循抛物线定律，这意味着氧化区中的质量转运是速率控制过程。抛物线速率常数的值比Al快3倍₂o₃复合材料分散在10μMNI颗粒中。yabo214

致谢

作者希望感谢日本政府通过教育，文化，体育，科学和技术部的21世纪卓越中心（COE）计划部分支持这项工作。亚博老虎机网登录

参考

1。M. Nanko，M。Yoshimura和T. Maruyama，“Y的高温氧化₂o₃部分稳定的ZRO₂与Ni颗粒分散的复合材料yabo214”，Mater。跨。44[4]（2003）736-742。

2。M. Nanko，T。NguyenDang，K。Matsumaru和K. Ishizaki，“高温氧化₂o₃基于NI颗粒分散的复合材料”，J。Ceram Proc。res。，3[3]（2002）132-135。

3。T.C.Wang，R.Z。陈和W.H.tuan，“ ni-toughed al的氧化抗性₂o₃”，J。Euro。陶瓷。Soc。，23[6]（2003）927-934。

4。M. Nanko，A。Sakashita，K。Matsumaru和K. Ishizaki，“高温氧化MGO复合材料与Ni颗粒分散剂”，adv。技术。母校。母校。过程。J.，6[1]（2004）43-46。

5。T. Sekino，S。Ethh，H。Kondo，Y-H。Choa和K. Niihara，“过渡金属分散具有多个功能的氧化陶瓷纳米复合性”，关键Eng。mater。，161-163，（1999）489-492。

6。T. Sekino，T。Nakajima，S。Ueda和K. Niihara，“减少和烧结镍脱落的铝制复合材料及其性能”，J。Amer。陶瓷。Soc。，80[5]（1997）1139-48。

7。K. L. Luthra和H. D. Park，“ 1375至1575ºC的硅碳化物加固氧化物 - 摩 - 矩阵复合材料的氧化”，J。Amerer。陶瓷。Soc。，73[4]（1990）1014-1023。

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