Young Модуль Пористой Керамики в SiC - Стекловидного Материала - Система LiAlSiO4

Машины для изготовлять большое стекло плоского дисплея росли большле по мере того как размер стекел дисплея увеличивал. Наша исследовательская группа начинала высокий Young модуль, материалы низкого теплового расширения пористые состоя из положительного материала теплового расширения и отрицательного материала теплового расширения скрепленных стекловидным материалом (GM). SiC и порошки₄ LiAlSiO были выбраны из-за их положительных и отрицательных коэффициентов теплового расширения, соответственно. Для того чтобы получить желательный Young модуль и низкий коэффициент теплового расширения, пористые материальные составы были выбраны от SiC - GM - система₄ LiAlSiO на 20 % пористости VOL. Эпирические значения Young модуля близко к теоретическим значениям полученным используя диаграмму состава для высокого количества GM. Однако эпирические значения Young модуля более низки чем теоретические значения для низкого количества GM. Эта работа оценивает минимальное количество GM от толщины GM которая покрыла порошки SiC и₄ LiAlSiO для того чтобы получить теоретический Young модуль. Заключено что толщина GM должна быть больше чем 0.6µm для того чтобы получить теоретический Young модуль.

LiAlSiO₄, SiC, Стекловидный материал, Пористая керамика, Young модуль

Машины для изготовлять большое стекло плоского дисплея увеличивали по мере того как размер стекел дисплея увеличивал. Крупноразмерные плиты точности над 2 m x 2 m необходимы для машин для того чтобы зафиксировать положение стекла. Уменьшить располагая ошибки, плита точности должна иметь низкий уровень или нул коэффициентов теплового расширения, высокого Young модуль и низкий специфический вес. Таблица 1 показывает плотность, Young коэффициенты модуля и теплового расширения гранита, литого железа, керамики глинозема и смесей матрицы металла (MMC).

Плотность Таблицы 1., Young модуль и коэффициент теплового расширения сырий для плиты точности

Те материалы обыкновенно использованы для плит точности. Koga [1] и Ishii [2] предложили пользу композиционных материалов с высоким Young модулем. Хотя Young модуль тех материалов более высоок чем модулиз гранита, их коэффициенты плотности и теплового расширения подобны к коэффициентиз гранита.

Наша исследовательская группа предложила пористый материал скрепленный стекловидным материалом (GM) для крупноразмерной плиты точности. Свойства изготовленного пористого материала могут быть проконтролированы соответственно объемными долями в смесях. Пористые материалы с zero коэффициентом теплового расширения синтезированы от положительного материала теплового расширения и отрицательного материала теплового расширения скрепленных GM [3 до 6]. Эпирические значения коэффициента теплового расширения были подобны к теоретическим значениям. Однако, в случае низкого содержания GM эпирические значения Young модуля были более низки чем теоретические значения [6]. Это поведение предложило что необходимо, что получает минимальное количество GM теоретический Young модуль. Это вероятно потому что Young модуль уменьшает с уменьшая размером шеи мостов GM между порошками SiC и₄ LiAlSiO, т.е. толщиной GM которая покрыла порошки SiC и₄ LiAlSiO [6].

В этом изучении, причина почему Young модуль стал низким для низкого содержания GM была уточюнена для пористых изготовленных материалов в SiC - GM - система₄ LiAlSiO. Различные размеры зерен SiC были использованы для того чтобы оценить минимальное количество GM для получать теоретический Young модуль.

Таблица 2 показывает свойства сырцовых порошков. SiC и LiAlSiO₄ были выбраны как положительные и отрицательные материалы теплового расширения, соответственно. Те порошки были скреплены GM для того чтобы синтезировать пористые материалы с высоким Young модулем и низким коэффициентом теплового расширения. Порошки SiC с размерами частицы #90 (222µm), #120 (157µm) и #150 (128µm), порошка GM диаметра 10µm медианного и порошка₄ LiAlSiO диаметра 17µm медианного были использованы как сырья. LiAlSiO₄ было синтезировано полупроводниковой реакцией [3]. Размеры частицы GM и LiAlSiO₄ были измерены центробежным методом и то из порошков SiC были измерены используя анализатор размера частицы огибания лазера.

Плотность Таблицы 2., Young модуль и коэффициент теплового расширения сырий

Таблица 3 показывает объемную долю и температуры спекать в экспериментах. Смешанные образцы (#90 + #150) были подготовлены путем использование 40 vol% SiC #90 и 60 vol% #150. Объемная доля была зафиксирована диаграммой для высокого Young модуля и низкого материала в SiC - GM коэффициента теплового расширения - система₄ LiAlSiO на пористости 20 vol% [6]. Смешанные порошки в сериях 45g были сформированы в прямоугольные адвокатские сословия одноосный отжимать на 60MPa для 1 минуты и холода isostatically отжимая на 300MPa на 1 MIN. Зеленые компакты были спечены в обычной спекая печи на 850°C или 950°C на тарифе на отопление 132Kh^-1 и придержаны на этих температурах для 1 h.

Таблица 3. Температуры объемной доли и спекать

Пористость была измерена методом Архимед. Образцы были, котор держат внутри - vacuo на минута 30 в этаноле для того чтобы заполнить вверх открытые поры с этанолом. Их Young модуль был измерен методом резонирующей частоты (JE-RT, Nihon Techno-Плюс CO., Ltd.); размер выборки был 50 mm x 7 mm x 1,5 mm. Удельная поверхность сырий была измерена методом абсорбциы газа (ПАРИА) (BELSORP-Максом, БЕЛОМ ЯПОНИЕЙ, INC.). Микроструктура образцов была проанализирована путем просматривать электронную микроскопию (SEM, VE-7800, KEYENCE, CORP.).

FIG. 1 (a) показывает пористость как функция количества GM. Частные значения представляют эпирические значения пористости, которые были вокруг 22 до 25 vol%. FIG. 1 (b) показывает Young модуль как функция количества GM. Линии показывают теоретический Young модуль для различных значений пористости. Теоретические значения были высчитаны линейным суммированием для каждого состава. Эпирический Young модуль каждого образца с различным размером частицы SiC показывает максимальное значение под экспириментально используемыми условиями. Теоретический Young модуль уменьшает по мере того как количество GM увеличивает, пока эпирический Young модуль увеличивает по мере того как количество GM увеличивает, достигающ максимальное значение, тогда уменшения. Максимальный эпирический Young модуль для SiC #90, #120 и #90 + #150 получен на Vg20, Vg25 и Vg25, соответственно. По Мере Того Как размер зерна SiC уменьшает, необходимо, что получает более большое количество GM самый высокий эпирический Young модуль.

Диаграмма 1. Пористость (a) и (b) Young модуль как функция количества GM.

FIG. 2 показывает каркасную структуру и микрорисунок SEM спеченного пористого материала. Размер шеи увеличивает по мере того как количество GM увеличивает. Зеленый Цвет et al. заключили что Young модуль отнесен к размеру шеи [9]. Присутствующая работа показала что Young модуль более низок чем теоретические значения для низкого количества GM потому что GM уничтожен для того чтобы покрыть SiC и LiAlSiO₄, не использован для того чтобы сформировать разумно толщиные шеи. Это поведение предлагает что необходимо, что получает количество GM минимума теоретический Young модуль. Быть в зависимости от количества GM минимума удельная поверхность частиц SiC и₄ LiAlSiO, т.е. размера частицы.

Диаграмма 2. Каркасная структура и микрорисунок SEM спеченного пористого материала.

FIG. 3 показывает Young модуль как функция толщины GM вокруг частиц SiC и₄ LiAlSiO.

Диаграмма 3. Young модуль как функция толщины GM.

Толщина GM высчитана Уровнением (1), где Tg толщина GM, mg, госпожа и ml масса GM, SiC и LiAlSiO₄, соответственно, Dg плотность GM, Ишака и Asl удельная поверхность SiC и LiAlSiO₄, соответственно.

Таблица 4 показывает удельную поверхность SiC#90, #120 и #150. Увеличения удельной поверхности как уменшение размера зерна SiC. Эпирический Young Модуль увеличивает и после этого уменьшает с увеличением оцененной толщины GM. Young модуль для размеров зерна SiC имеет максимальное значение на толщине GM вокруг 0.6µm. Поэтому, необходима, что получает толщина GM над 0,6 µm теоретический Young модуль.

Таблица 4. Удельная поверхность SiC и LiAlSiO₄

SiC и LiAlSiO₄ были выбраны как положительные и отрицательные материалы теплового расширения, соответственно. Те порошки были скреплены Стекловидным Материалом для того чтобы синтезировать пористые материалы с высоким Young модулем и низким коэффициентом теплового расширения. Составы порошков для пористых материалов были определены путем использование диаграммы SiC - GM состава - система₄ LiAlSiO на 20 vol% пористости для того чтобы получить желательные значения Young коэффициента модуля и теплового расширения. Эпирические значения Young модуля близко к теоретическим значениям для высокого количества GM. Однако эпирический Young модуль более низок чем теоретические значения для низкого количества GM. Поэтому, необходимо, что получает количество GM минимума теоретическое значение Young модуля. Если количество GM более низко чем толщина 0.6µm из-за охвата частиц SiC и₄ LiAlSiO, то не растут, что достаточно получают шеи между теми частицами теоретический Young модуль.

1. N. Koga, «Большая Керамика Инджиниринга для Производственных Систем LCD», Керамика Япония, 43 (2008) 468-476 [в Японце].
2. M. Ishii, «MMC для Производственных Систем LCD», Керамика Япония, 43 (2008) 568-569 [в Японце].
3. I.J. Ramirez, K. Matsumaru и K. Ishizaki, «Развитие Материала Близко Zero Теплового Расширения Пористого», J. Ceram. SOC. Jap., 114 (2006) 1111-1114.
4. I.J. Ramirez, K. Matsumaru, K. Ishizaki и L.M. Torres-Martinez, «Сравнение Пористых Керамических Материалов при Низкий Коэффициент Теплового Расширения Подготовленный с SiC и Black-Al2O3», Форум Науки Материалов, 569 (2008) 321-324.
5. I.J. Ramirez, K. Matsumaru, K. Ishizaki и L.M. Torres-Martinez, «влияние размера Частицы LiAlSiO₄ на тепловом расширении материалов SiC пористых», Журнал Керамического Обрабатывая Исследования, 9 [5] (2008) 509-511.
6. T. Ono, K. Matsumaru, I.J. Ramirez, L.M. Torres-Martínez и K. Ishizaki, «Развитие Пористого Материала с Высоким Young Модулем и Низкого Коэффициента Теплового Расширения в SiC-Vitrified Скрепляя Системе₄ Материала-LiAlSiO», Mater. Sci. Форум, в печати.
7. S. Suyama, T. Kameda и Y. Itoh, «Развитие Высокопрочного Реакци-Спеченного Карбида Кремния», Диаманта и Родственных Материалов, 12 (2003) 1201-1204.
8. R. Roy, D.K. Agrawal, и H.A. McKinstry, «Очень Низкие Материалы Коэффициента Теплового Расширения», Энн. Rev. Mater. Sci., 19 (1989) 59-81.
9. D.J. Зелен, C. Nader и R. Brezny, «Эластичное Поведение Частично-Спеченного Глинозема», Спекать Предварительной Керамики, (1990) 345-356.

Tatsuya Ono, Koji Matsumaru и Kozo Ishizaki
Технологический Университет Nagaoka
Nagaoka, Niigata 940-2188
Япония