Alumina-NbC composites fabricated by spark plasma sintering
DOI:
https://doi.org/10.18265/1517-0306a2021id4685Palavras-chave:
Alumina, Niobium carbide, Spark plasma sinteringResumo
The incorporation of niobium carbide in alumina-based composites has been shown to improve the properties of composite material. The main disadvantage to get a dense composite material is the necessary high sintering temperature. The spark plasma sintering (SPS) process uses a high heating and cooling speed and lower sintering temperature, making this sintering process a suitable method to produce an alumina-NbC composite material at lower temperatures. The sintering behavior of alumina-NbC composites fabricated by spark plasma sintering (SPS) was investigated at 1350, 1400, and 1450 ?C. X-ray diffraction patterns of sintered bodies revealed only the presence of alumina and NbC crystalline phases. No oxidation products or new crystalline phases were presented after the sintering process. SPS process has produced dense alumina-NbC samples comparable to other alumina-hard particle systems. Microstructural observation revealed inhibition of alumina grain growth in regions near NbC particles. Fracture surfaces showed a mixture of intergranular and transgranular fracture mode.
Downloads
Referências
ACCHAR W.; CAIRO C. A. A.; CHIBERIO, P. Nano-structured alumina reinforced with NbC. Composite Structures, v. 225, n. 111109, 2019.
ACCHAR, W. et al. Effect of Y2O3 on the densification and mechanical properties of alumina-niobium carbide composites. Ceramics International, v. 27, n. 2, p. 225-230, 2001.
ACCHAR W.; SEGADAES, A. M. Properties of sintered alumina reinforced with niobium carbide. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, v. 27, n. 2, p. 427-430, 2009.
ACCHAR, W.; SILVA, Y.B.F.; CAIRO, C. A. Mechanical properties of hot-pressed ZrO2 reinforced with (W, Ti)C and Al2O3 additions. Materials Science and Engineering: A, v. 527, n. 3, p. 480-484, 2010.
ACCHAR, W.; WOLFF, D.M.B. Ceramic composites derived from poly[phenylsilsesquioxane]/Al2O3/Nb. Materials Science and Engineering: A, v. 396, n. 1-2, p. 251-254, 2005.
ALECRIM L. R. R. et al. Effect of reinforcement NbC phase on the mechanical properties of Al2O3-NbC nanocomposites by spark plasma sintering. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, v. 64, p. 255-260, 2017.
BENAVENTE, R. et al. Mechanical properties and microstructural evolution of alumina-zirconia nanocomposite by microwave sintering. Ceramics International, v. 40, n. 7, part B, p. 11291-11297, 2014.
BORRELL, A. et al. Microstructural design for mechanical and electrical properties of spark plasma sintered Al2O3-SiC nanocomposites. Materials Science and Engineering: A. v. 534, p. 693-698, 2012.
BROOK, R. J.; MACKENZIE, R. A. D. Nanocomposite materials. Composite Materials, v. 14, p. 27-30, 1993.
CASTRO, R.; BENTHEM, K. Sintering: mechanism of convention, nano-densification, assisted processes. New York: Springer, 2013.
CHEN, W.-H. et al. Microstructure and wear behavior of spark plasma sintering sintered Al2O3/WC-based composite. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, v. 54, p. 279-283, 2016.
CHEN, W.-H. et al. Sintering behavior and mechanical properties of WC-Al2O3 composites prepared by spark plasma sintering (SPS). International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, v. 48, p. 414-417, 2015.
DEMUYNCK, M. et al. Densification of alumina by SPS and HP: a comparative study. Journal of the European Ceramic Society, v. 32, n. 9, p. 1957-1964, 2012.
DORRE, E.; HUBNER, H. Alumina: processing, properties, and Applications. Heidelberg: Springer-Verlag, 1984.
GITZEN, W. H. Alumina as a ceramic material. Wiley, 1970.
GORYNSKI, G.; ANSELMI-TAMBURINI, U.; WINTERER, M. Controlling current flow in sintering: A facile method coupling flash with spark plasma sintering. Review of Scientific Instruments, v. 91, n. 1, 015112, 2020.
GUSTAFSSON, S. et al. Presureless sintered Al2O3-SiC nanocomposites. Ceramics International, v. 34, n. 7, p. 1609-1615, 2008.
HUANG, S. et al. Pulsed electric current sintering and characterization of ultrafine Al2O3-WC composites. Materials Science and Engineering: A, v. 527, v. 3, p. 584-589, 2010.
HUSSAINOVA, I. et al. Densification and characterization of spark plasma sintered ZrC-ZrO2 composites. Materials Science and Engineering: A, v. 597, p. 75-81, 2014.
KUMAR, R. et al. Synthesis and characterization of Al2O3-TiC nano-composite by spark plasma sintering. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, v. 54, p. 304-308, 2016.
LIU, L. et al. A new heating route of spark plasma sintering and its effect on alumina ceramic densification. Materials Science and Engineering: A. v. 559, p. 462-466, 2013.
MUNIR, Z. A.; ANSELMI-TAMBURINI, U.; OHYANAGI, M. The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: a review of the spark plasma sintering method. Journal of Materials Science, v. 41, p. 763-777, 2006.
NAYAK P. K. et al. Microstructure analysis and mechanical properties of a new class of Al2O3/WC nanocomposites fabricated by spark plasma sintering. Journal of the European Cermaic Society, v. 33, n. 15-16, p. 3095-3100, 2013.
PALLONE, E. M. J. A. et al. Synthesis of Al2O3-NbC by reactive milling and production of nanocomposites. Journal of Materials Processing Technology, v. 143-144, p. 185-190, 2003.
QUINA, F. H. Nanotecnologia e o meio ambiente: perspectivas e riscos. Química Nova, v. 27, n. 6, p. 1028-1029, 2004.
SCHMITT-RADLOFF, U.; KERN, F.; GADOW, R. Spark plasma sintering and hot pressing of ZTA-NbC materials: a comparison of mechanical and electrical properties. Journal of the European Ceramic Society, v. 38, n. 11, p. 4003-4013, 2018.
SAEIDABADI, E. K.; SALAHI, E.; EBADZADEH, T. Preparation mullite/Si3N4 composites by reaction spark plasma sintering and their characterization. Ceramics International, v. 45, n. 5, p. 5367-5383, 2019.
SALEM, R. E. P. et al. Effect of Al2O3-NbC nanopowder incorporation on the mechanical properties of 3Y-TZP/Al2O3-NbC nanocomposites obtained by conventional and spark plasma sintering. Ceramics International, v. 44, n. 2, p. 2504-2509, 2018.
SCHUBERT, V. A; LEWIS, S. P. Size-dependence of infrared spectra in niobium carbide nanocrystals. International Journal of Modern Physics C, v. 23, n. 8, 1240001, 2012.
TROMBINI, V. et al. Sintering study of Al2O3-NbC-WC micro-nanocomposite. Materials Science Forum, v. 727-728, p. 597-602, 2012.
U. S. GEOLOGICAL SURVEY. Mineral commodity sumaries 2018. Reston: U. S. Geological Survey, 2018.
XIA, X. et al. Transitional/eutectic microstructure of Al2O3-ZrO2 (Y2O3) ceramics prepared by spark plasma sintering. Materials Letters, v. 175, p. 212-214, 2016.
ZHAO, D. et al. Densification and microstructural evolution of bulk Al2O3-Y3Al5O12 (YAG) eutectic ceramic fabricated by spark plasma sintering. Ceramics International, v. 45, n. 9, p. 12337-12343, 2019.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
• O(s) autor(es) autoriza(m) a publicação do artigo na revista;
• O(s) autor(es) garante(m) que a contribuição é original e inédita e que não está em processo de avaliação em outra(s) revista(s), nem esteja publicado em anais de congressos e/ou portais institucionais;
• A revista não se responsabiliza pelas opiniões, ideias e conceitos emitidos nos textos, por serem de inteira responsabilidade de seu(s) autor(es). Opiniões e perspectivas expressas no texto, assim como a precisão e a procedência das citações, são de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es), e contribuem para a promoção dos:
- Princípios FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable – localizável, acessível, interoperável e reutilizável);
- Princípios DEIA (diversidade, equidade, inclusão e acessibilidade).
• É reservado aos editores o direito de proceder ajustes textuais e de adequação do artigos às normas da publicação.
Responsabilidades dos autores e transferência de direitos autorais
Os autores devem declarar a originalidade do estudo, bem como o fato de que este não foi publicado anteriormente ou está sendo considerado para publicação em outro meio, como periódicos, anais de eventos ou livros. Ao autorizarem a publicação do artigo na Revista Principia, os autores devem também responsabilizar-se pelo conteúdo do manuscrito, cujos direitos autorais, em caso de aprovação, passarão a ser propriedade exclusiva da revista. A Declaração de Responsabilidades dos Autores e Transferência de Direitos Autorais deverá ser assinada por todos os autores e anexada ao sistema como documento suplementar durante o processo de submissão. Clique no link abaixo para fazer o download do modelo.
Esta revista, seguindo as recomendações do movimento de Acesso Aberto, proporciona seu conteúdo em Full Open Access. Assim os autores conservam todos seus direitos permitindo que a Revista Principia possa publicar seus artigos e disponibilizar pra toda a comunidade.
A Revista Principia adota a licença Creative Commons 4.0 do tipo atribuição (CC-BY). Esta licença permite que outros distribuam, remixem, adaptem e criem a partir do seu trabalho, inclusive para fins comerciais, desde que lhe atribuam o devido crédito pela criação original.
Os autores estão autorizados a enviar a versão do artigo publicado nesta revista em repositório institucionais, com reconhecimento de autoria e publicação inicial na Revista Principia.