(Övre vänster) Detta är en struktur för Ti-spridd AI 2 O 3 kompositer (Nedre vänster) Ti -innehåll beroende av frakturolighet och elektrisk resistivitet (mitten) Nanostruktur på ytan av AI 2 O 3 kompositer producerade via kemiska behandlingar och värmebehandlingar (höger) Missfärgad av den fotokatalytiska aktiviteten hos AI 2 O 3 kompositer efter kemiska och värmebehandlingar. Upphovsman:Osaka University
Forskare vid Osaka University har producerat kompositer bestående av aluminiumoxid (AI 2 O 3 ) keramik och titan (Ti), nämligen AI 2 O 3 /Ti -kompositer. De utformade en perkoleringsstruktur för att bilda en kontinuerlig ledningsväg genom att sprida Ti-partiklar i fin storlek till en AI 2 O 3 matris, optimera partikelstorleken hos metalliskt Ti -pulver och sintringsprocesser. De förbättrade sprickhållfasthet och elektrisk konduktivitet hos AI 2 O 3 /Ti -kompositer samtidigt som de ger dem fotokatalytisk förmåga genom kemisk och/eller termisk behandling. (Figur 1)
Olika typer av metallkeramiska kompositer har undersökts och utvecklats, men deras kombination och fina strukturer var begränsade. Särskilt, kombinationen av keramik som aluminiumoxid som används som matriser och titan, en biokompatibel metall, har ett problem genom att strukturen hos kompositer inte är enhetlig på grund av titanets höga reaktivitet (oxidation sker och kemiska föreningar produceras) och den stora partikelstorleken hos kommersiellt tillgängligt Ti-pulver (flera tiotals mikrometer). Således, det var svårt att producera kompositer som har fördelar med både keramik och metall:det vill säga kompositer där metalliskt Ti -pulver är homogent dispergerat i matrisen och har utmärkta mekaniska egenskaper.
Gruppen framställde kulkvarnad titanhydrid (TiH 2 ) fint pulver blandat med aluminiumoxidpulver, producerar AI 2 O 3 /Ti -kompositer med användning av en metod baserad på in situ -sönderdelning av TiH 2 till Ti och samtidig sintring med Al 2 IO 3 , vilken process inhiberade AI 2 O 3 upplösning i Ti genom diffusion genom gränssnittsreaktion mellan AI 2 O 3 och Ti under sintring. Som ett resultat, de minimerade reaktiviteten för Ti och AI 2 O 3 att sprida betydligt finare och mer homogen Ti (jämfört med dem som produceras med konventionella metoder) i AI 2 O 3 , förverkliga kompositer med en perkoleringsstruktur genom att styra innehållet i tillsatt Ti.
På det här sättet, gruppen förbättrade frakturhållfastheten hos inneboende spröd AI 2 O 3 genom spridning av fina Ti -partiklar till AI 2 O 3 och, på grund av perkolering av metalliska Ti -partiklar, som bidrar med elektrisk konduktivitet till isolatorkeramik AI 2 O 3 . De demonstrerade också att AI 2 O 3 keramik kan bearbetas med elektrisk urladdningsbearbetning som metaller. (Vanligtvis, keramik är inte elektriskt ledande.) Dessutom de bildade ett nanoporöst- eller nanorodstrukturerat titandioxidskikt på ytan av kompositen genom selektivt oxiderande av Ti via NaOH-behandling och/eller värmebehandling. Genom det här, de visade att den fotokatalytiska förmågan att bryta ner organiska ämnen samtidigt också kunde ges till AI 2 O 3 /Ti -kompositer.
Gruppledare Tohru Sekino säger, "AI 2 O 3 /Ti -kompositer kommer att användas som keramiska matriskompositer som har utmärkta mekaniska egenskaper och kan bearbetas med elektrisk urladdning. De kommer också att användas för industriprodukter och biomaterial som nya multifunktionella kompositer som har ett aktivt ytskikt med antibakteriella egenskaper och en fotokatalytisk förmåga att bryta ned föroreningar. "
