Elastizitätsmodul aus poröser Keramik in der SiC - Glassy Material - LiAlSiO4-System

Tatsuya Ono, Koji Matsumaru, Isaias Juarez-Ramirez, Leticia Torres M.-Martinez und Kozo Ishizaki

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AZojomo (ISSN 1833-122X) Volume 6 August 2009

Behandelte Themen

Abstrakt
Keywords
Einführung
Experimentell
Ergebnisse
Diskussion
Schlussfolgerungen
Referenzen
Kontaktdetails

Abstrakt

Maschinen zur Herstellung von großen flachen Display-Glas sind größer geworden, als die Größe der Anzeige Brille hat zugenommen. Unsere Arbeitsgruppe entwickelt seit hohen Elastizitätsmodul, geringe Wärmeausdehnung porösen Materialien, bestehend aus einem positiven Wärmeausdehnung Material und eine negative thermische Ausdehnung Material durch eine glasartige Material (GM) verbunden. SiC und LiAlSiO ₄ Pulver wurden aufgrund ihrer positiven und negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten respektive gewählt. GM - - LiAlSiO _4-System bei 20 Vol.% Porosität Um eine wünschenswerte Young-Modul und einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erhalten, wurden poröses Material Kompositionen aus dem SiC ausgewählt. Die empirischen Werte des Elastizitätsmoduls sind nah an den theoretischen Werten unter Verwendung der Zusammensetzung Diagramm für hohe GM Mengen. Doch die empirischen Werte des Elastizitätsmoduls sind niedriger als die theoretischen Werte für niedrige GM Mengen. Diese Arbeit schätzt, einen Mindestbetrag von GM aus der Dicke der GM, die SiC-und LiAlSiO ₄ Pulver bedeckt, um die theoretische Elastizitätsmodul zu erhalten. Daraus wird geschlossen, dass die GM Dicke sollte mehr sein als 0.6μm auf die theoretische Elastizitätsmodul zu erhalten.

Keywords

LiAlSiO _4, SiC, glasartige Material, poröse Keramiken, E-Modul

Einführung

Maschinen zur Herstellung von großen flachen Display-Glas erhöht haben als die Größe der Anzeige Brille hat zugenommen. Large size Präzision Platten über 2 mx 2 m sind für die Maschinen, um die Position des Glases zu beheben. Zur Verringerung der Positionierung Fehler, sollte eine Genauigkeit Platte haben einen niedrigen oder Null thermischen Ausdehnungskoeffizienten, eine hohe E-Modul und geringem spezifischen Gewicht. Tabelle 1 zeigt die Dichte, Elastizitätsmodul und thermische Ausdehnungskoeffizienten von Granit, Gusseisen, Aluminiumoxid-Keramik und Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMC).

Tabelle 1. Dichte, Elastizitätsmodul und Wärmeausdehnungskoeffizient von Rohstoffen für eine Präzisions-Platte

Diese Materialien werden häufig für die Präzision Platten verwendet. Koga [1] und Ishii [2] schlug die Verwendung von Verbundwerkstoffen mit hoher Elastizitätsmodul. Obwohl die Young-Modul von diesen Materialien ist höher als die von Granit, ihre Dichte und thermischen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich denen der Granit.

Unsere Arbeitsgruppe hat ein poröses Material durch eine glasartige Material (GM) für eine große Größe Präzision Platte verklebt vorgeschlagen. Die Eigenschaften der hergestellten porösen Material kann von den jeweiligen Volumenanteile in der Composites gesteuert werden. [- 6 3] Poröse Materialien mit null thermischen Ausdehnungskoeffizienten von einer positiven Wärmeausdehnung Material und eine negative thermische Ausdehnung Material von einem GM gebunden synthetisiert. Die empirischen Werte der thermischen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich waren die theoretischen Werte. Jedoch im Falle der niedrigen GM Inhalt der empirischen Werte des Elastizitätsmoduls waren niedriger als die theoretischen Werte [6]. Dieses Verhalten vorgeschlagen, dass ein Minimum an GM erforderlich ist, um die theoretische Elastizitätsmodul zu erhalten. Dies liegt vermutlich daran Young-Modul nimmt mit abnehmender Größe des Halses der GM Brücken zwischen SiC und LiAlSiO _4-Pulver, dh die Dicke der GM, die SiC bedeckt und LiAlSiO _4-Pulver [6].

GM - - In dieser Studie wurde der Grund, warum der Elastizitätsmodul für niedrige GM Inhalt wurde niedrig für poröse Materialien hergestellt in der SiC geklärt LiAlSiO _4-System. Verschiedene Größen von SiC-Körner wurden verwendet, um den Mindestbetrag von GM für den Erhalt der theoretischen Elastizitätsmodul zu schätzen.

Experimentell

Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften der Rohpulver. SiC und LiAlSiO ₄ wurden als positive und negative thermische Ausdehnung Materialien respektive gewählt. Die Pulver wurden durch GM gebundenen porösen Materialien mit hoher Elastizitätsmodul und niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten zu synthetisieren. SiC-Pulver mit Partikelgrößen von # 90 (222μm), # 120 (157μm) und # 150 (128μm), GM Pulver von 10 um mittlere Durchmesser und LiAlSiO _4-Pulver von 17μm mittleren Durchmesser wurden als Rohstoffe verwendet. LiAlSiO ₄ wurde durch Festkörper-Reaktion [3] synthetisiert. Die Partikelgrößen von GM und LiAlSiO ₄ wurden durch die Zentrifugalkraft Methode und die der SiC-Pulver wurden mit einem Laserbeugung Partikelgrößenanalyse gemessen.

Tabelle 2. Dichte, Elastizitätsmodul und Wärmeausdehnungskoeffizient von Rohstoffen

Tabelle 3 zeigt den Volumenanteil und Sintertemperaturen in den Experimenten. Mischproben (# 90 + # 150) wurden mit 40 Vol.% SiC Nr. 90 und 60 Vol.% # 150 vorbereitet. GM - - Der Volumenanteil wurde durch das Diagramm für einen hohen Elastizitätsmodul und niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten Young Material in die SiC festen LiAlSiO _4-System bei 20 Vol.% Porosität [6]. Mixed Pulver in 45g Chargen wurden in rechteckige Balken durch uniaxiale Pressen bei 60MPa für 1 min und kalt isostatisch Pressen bei 300MPa für 1 min gebildet. Die Grünlinge wurden in einem konventionellen Sinterofen bei 850 ° C gesintert oder 950 ° C bei einer Heizrate von 132Kh ^-1 und hielt bei diesen Temperaturen für 1 h

Tabelle 3. Der Volumenanteil und Sintertemperaturen

Die Porosität wurde durch die Archimedes-Methode gemessen. Die Proben wurden im Vakuum für 30 min in Ethanol statt zu tanken die offenen Poren mit Ethanol. Ihre E-Modul wurde von der Resonanzfrequenz-Methode (JE-RT, Nihon Techno-Plus Co., Ltd) gemessen, die Stichprobengröße betrug 50 mm x 7 mm x 1,5 mm. Die spezifische Oberfläche der Rohstoffe wurde durch die Gasaufnahme (BET)-Methode (BELSORP-max, BEL Japan, Inc.) gemessen. Die Mikrostruktur der Proben wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM, VE-7800, KEYENCE, Corp) analysiert.

Ergebnisse

Abb.. 1 (a) zeigt die Porosität als Funktion des GM betragen. Die Datenpunkte repräsentieren die empirischen Porosität Werte, die um 22 bis 25 vol% waren. Abb.. 1 (b) zeigt den Elastizitätsmodul als Funktion des GM betragen. Die Linien zeigen die theoretischen Elastizitätsmodul für verschiedene Porositäten. Die theoretischen Werte wurden durch lineare Summierung für jede Zusammensetzung berechnet. Die empirische Young-Modul von jeder Probe mit verschiedenen SiC Partikelgröße zeigt einen maximalen Wert unter den experimentellen Bedingungen verwendet. Die theoretische Elastizitätsmodul sinkt der GM Betrag erhöht, während die empirische Young-Modul erhöht die GM Betrag erhöht und erreichte einen Maximalwert, sinkt dann. Die maximale empirische Elastizitätsmodul für SiC # 90, # 120 und # 90 + # 150 am Vg20, Vg25 ​​und Vg25 ​​erhalten wurden. Da die SiC Korngröße abnimmt, ist eine größere Menge an GM benötigt, um den höchsten empirischen Young-Modul zu bekommen.

Abbildung 1. (A) Porosität und (b) der Elastizitätsmodul als Funktion des GM betragen.

Diskussion

Abb.. 2 zeigt das Skelett Struktur und REM-Aufnahme von gesinterten porösen Material. Die Größe des Halses erhöht sich der GM Betrag erhöht. Green et al. dem Schluss, dass der Elastizitätsmodul, die Größe des Halses [9] verwandt ist. Die vorliegende Arbeit zeigte, dass der Elastizitätsmodul niedriger als die theoretischen Werte für niedrige GM Mengen ist, weil GM wird verbraucht, um SiC und LiAlSiO _4, nicht verwendet werden, um einigermaßen dicken Hals Form zu decken. Dieses Verhalten legt nahe, dass ein Minimum GM Menge erforderlich ist, um die theoretische Elastizitätsmodul zu erhalten. Die minimale GM Menge hängt von der spezifischen Oberfläche der SiC und LiAlSiO _4-Partikel, dh Partikelgröße.

Abbildung 2. Das Skelett Struktur und REM-Aufnahme von gesinterten porösen Material.

Abb.. 3 zeigt den Elastizitätsmodul als Funktion des GM Dicke um die SiC-und LiAlSiO _4-Teilchen.

Abbildung 3. Elastizitätsmodul als Funktion des GM Dicke.

Die GM Dicke von Gleichung (1), wo Tg die GM Dicke, mg, ist ms und ml sind die Masse des GM, SiC und LiAlSiO _4, bzw. berechnet wird, Dg die Dichte des GM ist, werden Ass und Asl der spezifischen Oberfläche Bereich der SiC und LiAlSiO bzw. _4.

Tabelle 4 zeigt die spezifische Oberfläche von SiC # 90, # 120 und # 150. Die spezifische Oberfläche steigt SiC Korngröße zu verringern. Die empirische Elastizitätsmodul steigt und fällt dann mit der Erhöhung des geschätzten GM Dicke. Der Young-Modul für SiC Körnungen hat einen maximalen Wert bei einem GM Dicke von etwa 0.6μm. Daher ist ein GM Dicke über 0,6 um erforderlich, um die theoretische Elastizitätsmodul zu erhalten.

Tabelle 4. Die spezifische Oberfläche von SiC und LiAlSiO ₄

Schlussfolgerungen

SiC und LiAlSiO ₄ wurden als positive und negative thermische Ausdehnung Materialien respektive gewählt. Die Pulver wurden durch glasartige Material, poröse Materialien mit hoher Elastizitätsmodul und niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten synthetisieren verklebt. GM - - LiAlSiO _4-System bei 20 Vol.% Porosität, eine wünschenswerte Werte des Elastizitätsmoduls und thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erhalten Kompositionen von Pulvern für poröse Materialien wurden unter Verwendung der Zusammensetzung Diagramm SiC bestimmt. Die empirischen Werte des Elastizitätsmoduls sind nah an den theoretischen Werten für hohe GM Mengen. Doch die empirische Elastizitätsmodul ist niedriger als die theoretischen Werte für niedrige GM Mengen. Daher ist ein Minimum GM erforderlichen Betrag der theoretische Wert des Elastizitätsmoduls erhalten. Wenn die GM Betrag niedriger ist als 0.6μm Dicke wegen der Berichterstattung über SiC und LiAlSiO _4-Partikel, nicht die Hälse zwischen den Teilchen nicht genug wachsen, um die theoretische Elastizitätsmodul zu erhalten.

Referenzen

1. N. Koga, "Large Ingenieurkeramik für LCD Production Systems", Keramik Japan, 43 (2008) 468-476 [in Japanese].
2. M. Ishii, "MMC für LCD Production Systems", Keramik Japan, 43 (2008) 568-569 [in Japanese].
3. IJ Ramirez, K. Matsumaru und K. Ishizaki, "Entwicklung eines Near Zero Thermal Expansion poröses Material", J. Ceram. Soc. Jap., 114 (2006) 1111-1114.
4. IJ Ramirez, K. Matsumaru, K. Ishizaki und LM Torres-Martinez, "Vergleich von porösen keramischen Materialien mit geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit SiC-und Black-Al2O3 Prepared", Materials Science Forum, 569 (2008) 321-324.
5. IJ Ramirez, K. Matsumaru, K. Ishizaki und LM Torres-Martinez, "Particle Size-Effekt von LiAlSiO ₄ auf die thermische Ausdehnung des SiC porösen Materialien", Journal of Ceramic Verarbeitung Research, 9 [5] (2008) 509-511.
6. T. Ono, K. Matsumaru, IJ Ramirez, LM-Torres Martínez und K. Ishizaki, "Entwicklung von porösen Material mit hohem Elastizitätsmodul und geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in SiC-Verglaste Bonding Material-LiAlSiO ₄ System", Mater. Sci. Forum, in gedruckter Form.
7. S. Suyama, T. Kameda und Y. Itoh, "Entwicklung von High-Stärke Reaktion Siliziumkarbid" Diamond and Related Materials, 12 (2003) 1201-1204.
8. R. Roy, DK Agrawal, und HA McKinstry "Sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Materials", Ann. Rev. Mater. Sci., 19 (1989) 59-81.
9. DJ Green, C. Nader und R. Brezny, "das elastische Verhalten von teilweise gesintert Alumina", Sintern von Hochleistungskeramik, (1990) 345-356.

Kontaktdetails

Tatsuya Ono, Koji Matsumaru und Kozo Ishizaki
Nagaoka University of Technology
Nagaoka, Niigata 940-2188
Japan

E-mail: matumaru@mech.nagaokaut.ac.jp

Isaias Juarez-Ramirez und Leticia M. Torres-Martinez
Universidad Autonoma de Nuevo Leon
Av. Universidad s / n
San Nicolas de los Garza, NL, CP 66451
Mexiko

Dieses Papier wurde auch in gedruckter Form in "Fortschritte in der Technologie der Werkstoffe und Materialien Processing" veröffentlicht, 11 [1] (2009) 25-30.