Skannande elektronmikrografer som visar (vänster till höger) de råa Ti -partiklarna, de platta Ti -partiklarna efter malning, och den slutliga sintrade Al 2 O 3 -TiN ledande komposit. Upphovsman:W. Zhai et al
Genom att systematiskt förfina standardbehandlingstekniker, A*STAR-forskare har utvecklat en billig metod för att tillverka en elektriskt ledande aluminiumoxidkeramikkomposit-ett slitstarkt material som används i många industriella tillämpningar.
Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) är en av de mest använda råvarorna. Den tål temperaturer över 2, 000 grader Celsius, och dess kristallina form, känd som korund, är ett av världens hårdaste naturligt förekommande material, näst efter diamanten. Det är också väldigt billigt, och kan produceras i stora mängder, så det är inte konstigt att den har hittat in i en mängd industriella tillämpningar, från fyllmedel i färger, solskyddsmedel och kosmetika, till slipmedel, gasrening, katalys, avancerad filtrering, keramik och kompositmaterial.
Aluminiumoxid är en utmärkt elektrisk isolator. I vissa applikationer, dock, såsom katalys och avancerad filtrering, förmågan att elektrifiera materialet kan ge betydande fördelar. Till exempel, vid vattenfiltrering, aluminiumoxid har ett stort löfte som ett långvarigt filtreringsmembran som överträffar konventionella polymermembran-men bara om membranet kan elektrifieras för att förhindra föroreningar.
Att blanda aluminiumoxid med ledande titanitrid (TiN) är känt för att ge en ledande keramisk komposit, men har tidigare involverat dyra eller komplexa bearbetningstekniker. Wei Zhai och kollegor från Singapore Institute of Manufacturing Technology har nu anpassat standard industriella bearbetningsmetoder för att uppnå ett mycket mer kostnadseffektivt resultat.
"Vi utvecklade en ny bearbetningsmetod för att tillverka elektriskt ledande Al 2 O 3 –TiN-kompositer genom att kombinera kulfräsning och reaktiv sintring, som båda är typiska metoder för pulverbearbetning, "förklarar Wei.
Hemligheten till deras framgång var kulfräsning av pulver av Al 2 O 3 och Ti, inte TiN, och sedan värma (sintra) den bildade formen under kväve för att ge den slutliga ledande kompositen.
"Ti -pulver är mycket mer segt än TiN, vilket gör att pulverpartiklarna kan sträckas under malningsprocessen, "säger Wei. Hennes team fann att formen på Ti -partiklar, och inte deras utgångsstorlek, var den viktigaste faktorn som bestämde mängden TiN som behövs för att uppnå konduktivitet. "Detta minskar mängden Ti som behövs för att uppnå elektrisk konduktivitet, som vi förutspådde teoretiskt. "
Teamet kunde producera en ledande komposit med så lite som 15 procent TiN, och genom att använda de minsta Ti -partiklarna, kunde förhindra märkbar försämring av materialets önskade mekaniska egenskaper.
