In-situ Herstellung von Al2O3/SiC-Nanokompositen

Abstract

Mittels kolloidaler Techniken wurden Pulvermischungen aus Ruß, Al2O3 und SiO2 erzeugt, wobei das SiO2 sowohl partikulär als auch als Schicht vorlag, und gefriergetrocknet. Aus diesen Pulvern wurden durch carbothermische Reduktion des SiO2 und einer nachfolgenden Mahlung homogene Al2O3/SiC Kompositpulver erhalten. Diese Pulver enthielten 5 und 10 Vol.-% SiC und wurden durch uniaxiales Heißpressen nahezu vollständig verdichtet. Die Al2O3/SiC Komposite wiesen eine homogene Verteilung der Siliziumkarbidpartikel auf, wobei eine Abhängigkeit der SiC- Verteilung von den Ausgangsstoffen gefunden werden konnte, denn nur bei der Verwendung eines hydrophilen SiO2-Pulvers konnte eine überwiegend intragranulare Position der SiC- Partikel festgestellt werden. Die Bruchzähigkeit der Komposite, die mit der ICL-Methode bestimmt wurde, lag im Bereich von 5 MPa•m0,5, wobei in den Kompositen eine Rissausbreitung nach Palmqvist nachgewiesen werden konnte. Die Bruchfestigkeit wurde im 4-Punkt-Biegeversuch ermittelt und zeigte eine starke Anhängigkeit von der Probenvorbereitung. Die maximal erreichte Festigkeit betrug 700 MPa für Komposite mit 5 Vol.-% SiC und 850 MPa für ein Komposit mit 10 Vol.-% SIC. Somit zeigten die Komposite eine deutliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften im Vergleich zum Matrixwerkstoff und reichen zum Teil über den Stand der Technik hinaus. Eine Aussage zum qualitativen Verlauf der Festigkeit in Abhängigkeit vom SiC -Gehalt konnte nicht getroffen werden, da andere Faktoren wie die Matrixkorngröße und die Probenvorbereitung einen größeren und weniger mittelbaren Einfluss ausüben und daher kein klares Resultat diesbezüglich erkennen lassen.