Abstract



 
   

Volume 6 - No. 4
THE EFFECT OF MILLING TIME AND RHEOLOGICAL PROPERTIES TO ACHIEVE THE HOMOGENIZE PHASE AND MICROSTRUCTURE OF POLY CRYSTALLINE YTTRIUM ALUMINUM GARNET CERAMIC  
 

تاثیر زمان آسیاکاری و خواص رئولوژیکی در دست¬یابی به همگنی فازی و ریزساختاری سرامیک¬های چندبلوری ایتریم آلومینیوم گارنت

فاطمه محمدی, امید میرزایی و محمد تجلی

تاريخ ثبت اوليه: // ، تاريخ دريافت نسخه اصلاح شده: // ، تاريخ پذيرش قطعي: //

چكيده     در این پژوهش، سرامیک چند بلوری ایتریم آلومینیوم گارنت (YAG) با استفاده از ریخته¬گری دوغابی یک مخلوط آبی از نانو¬پودرهای Al2O3 و Y2O3 و تف جوشی بدون فشار تهیه گردید. به منظور دست¬یابی به بهترین زمان آسیاکاری جهت انجام ریخته‎گری، مخلوط استوکیومتری از این پودرها در محیط آبی طی زمان¬های مختلف 1 تا 20 ساعت تحت آسیاکاری گلوله¬ای قرار گرفت. مقدار بهینه پراکنده¬ساز و خواص رئولوژیکی دوغاب به¬ترتیب با اندازه گیری گرانروی به عنوان تابعی از میزان پراکنده¬ساز و نرخ برشی اندازه¬گیری شد. تترااتیل اورتو سیلیکات (TEOS) به همراه دولاپیکس CE64 به¬ترتیب به¬عنوان کمک تف¬جوش و پراکنده¬ساز به مخلوط پودر اضافه گردید. سپس دوغابی حاوی 70% وزنی بار جامد در محیط آب دیونیزه تحت آسیاکاری طی زمان¬های مختلف آگلومره¬زدایی و ریخته¬گری شد. تف¬جوشی نمونه¬ها در دمای C˚1710 به مدت 12 ساعت انجام شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و آزمون برانوئر-امیت-تلر (BET) طی زمان¬های مختلف تهیه گردید. تأثیر زمان آسیاکاری بر چگالی نسبی خام و پخت، ترکیب فازی و ریزساختار نهایی نمونه¬ها مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به این نتایج بهترین زمان آسیاکاری جهت آگلومره¬زدایی از مخلوط پودر 16 ساعت به¬دست آمد و دوغاب تهیه شده در این زمان به علت آگلومره¬زدایی بهتر و گرانروی پایین¬تر از رفتار تقریبی نیوتنی برخوردار بوده است. نتایج نشان داد که نمونه تهیه شده از سوسپانسیون آسیاکاری شده به مدت 16 ساعت، چگالی خام و پخت بالاتری دارد و ریز¬ساختار آن دارای توزیع اندازه دانه همگن¬تری است. نتایج الگوی پراش پرتوی ایکس نشان دادند که همه نمونه¬ها به صورت فاز خالص YAG می¬باشند.

كلمات كليدي    ریخته¬گری دوغابی، ریزساختار، سرامیک چندبلوری YAG ، گرانروی، آسیاکاری.



The Effect of Milling Time and Rheological Properties to Achieve the Homogenize Phase and Microstructure of Poly Crystalline Yttrium Aluminum Garnet Ceramic

Fatemeh Mohammadi, Omid Mirzaee and Mohammad Tajally

Abstract    In this paper, polycrystalline yttrium aluminum garnet (YAG) ceramic was fabricated by slip casting using an aqueous mixture of Al2O3 and Y2O3 nano-powders and subsequent pressureless sintering. In order to achieve the best optimized milling time for casting, the stoichiometric ratio of raw powders were mixed in water and ball milled in different time periods ranging from 1 to 20 hr. FE-SEM images and BET test in different durations milling times were performed. The results showed that the best optimized time for achieve de-agglomerated powder mixtures is 16 hours. An optimal amount of dispersant for the suspension was found by measuring viscosity as a function of dispersant concentration. Then the powders were co-dispersed using 0.5 wt. % Tetraethyl Orthosilicate (TEOS) and 1.5 wt. % Dolapix CE64 as sintering aid and dispersant additives, respectively. 70 percent solid loading YAG slurry was prepared in deionized water, milled for different time periods, casted on the alumina molding and sintered at 1710 ?C for 12 hr. The effect of ball milling time on the relative raw and final density, phase composition and final microstructure of the samples was investigated. The results showed that the samples were prepared by 16 hrs. ball milling time suspensions exhibited higher relative raw and final density and had more uniform microstructure. X-ray patterns showed that all samples were pure YAG phase

Keywords    Slip casting, Microstructure, YAG Polycrystalline Ceramic, Viscosity, Ball milling.

 

منابع:

1. Mezeix, L., and Green, D.J., Comparison of the mechanical properties of single crystal and polycrystalline yttrium aluminum garnet, International Journal of Applied Ceramic Technology, 3(2) (2006) 166â176. 2. De la Rosa, E., Diaz-Torres, L., Salas, P., Arredondo, A., Montoya, J., Angeles, C., et al., Low temperature synthesis and structural characterization of nanocrystalline YAG prepared by a modified solâgel method, Optical Materials, 27(12) (2005) 1793â1799. 3. Li, X., Li, Q., Wang, J., Yang, S., and Liu, H., Synthesis of Nd3+ doped nano-crystalline yttrium aluminum garnet (YAG) powders leading to transparent ceramic, Optical Materials, 29(5) (2007) 528â531. 4. Wen, L., Sun, X., Xiu, Z., Chen, S., and Tsai, C.-T., Synthesis of nanocrystalline yttria powder and fabrication of transparent YAG ceramics, Journal of the European Ceramic Society, 24(9) (2004) 2681â2688. 5. Chen, Z.H., Li, J.T., and Xu, J.J., Fabrication of high transparent YAG ceramics by vacuum sintering at low temperature, In Trans Tech Publ, 368 (2008) 420â422. 6. Appiagyei, K.A., Messing, G.L., and Dumm, J.Q., Aqueous slip casting of transparent yttrium aluminum garnet (YAG) ceramics, Ceramics International, 34(5) (2008) 1309â1313. 7. Chen, Z., Li, J., Xu, J., and Hu, Z., Fabrication of YAG transparent ceramics by two-step sintering, Ceramics International, 34(7) (2008) 1709â1712. 8. Appiagyei, K.A., Messing, G.L., and Dumm, J.Q., Aqueous slip casting of transparent yttrium aluminum garnet (YAG) ceramics, Ceramics International, 34(5) (2008) 1309â1313. 9. Wang, J., Zheng, S., Zeng, R., Dou, S., and Sun, X., Microwave synthesis of homogeneous YAG nanopowder leading to a transparent ceramic, Journal of the American Ceramic Society, 92(6) (2009) 1217â1223. 10. Ikesue, A., Furusato, I. and Kamata, K., Fabrication of Polycrystalline, Transparent YAG Ceramics by a Solid-State Reaction Method, Journal of the American Ceramic Society, 78(1) (1995) 225â228. 11. Ikesue, A., Kinoshita, T., Kamata, K., and Yoshida, K., Fabrication and optical properties of high-Performance polycrystalline Nd:YAG ceramics for solid-State lasers, Journal of the American Ceramic Society, 78(4) (1995) 1033â1040. 12. Yagi, H., Yanagitani, T., Takaichi, K., Ueda, K., and Kaminskii, A.A., Characterizations and laser performances of highly transparent Nd3+:Y3Al5O12 laser ceramics, Optical Materials, 29(10) (2007) 1258â1262. 13. Mouzon, J., Glowacki, E., Odén, M., Comparison between slip-casting and uniaxial pressing for the fabrication of translucent yttria ceramics, Journal of Materials Science, 43(8) (2008) 2849â2856. 14. Hotta, Y., Tsugoshi, T., Nagaoka, T., Yasuoka, M., Nakamura, K., Watari, K., Effect of oligosaccharide alcohol addition to alumina slurry and translucent alumina produced by slip casting, Journal of the American Ceramic Society, 86(5) (2003) 755â760. 15. Xu, X., Fu, R., Ferreira, J.M., Effect of homogenizing procedures on the slip casting of reaction sialon suspensions, Ceramics International, 30(5) (2004) 745â749. 16. Guo, W., Cao, Y., Huang, Q., Li, J., Huang, J., Huang, Z., et al., Fabrication and laser behaviors of Nd: YAG ceramic microchips, Journal of the European Ceramic Society, 31(13) (2011) 2241â2246. 17. Ji, X., Deng, J., Kang, B., Huang, H., Wang, X., Jing, W., et al., Fabrication of transparent neodymium-doped yttrium aluminum garnet ceramics by high solid loading suspensions, Ceramics International, 39(7) (2013) 7921â7926. 18. Guo, W., Huang, J., Lin, Y., Huang, Q., Fei, B., Chen, J., et al., A low viscosity slurry system for fabricating chromium doped yttrium aluminum garnet (Cr:YAG) transparent ceramics, Journal of the European Ceramic Society, 35(14) (2015) 3873â3878. 19. Esposito, L., Piancastelli, A., Role of powder properties and shaping techniques on the formation of pore-free YAG materials, Journal of the European Ceramic Society, 29(2) (2009) 317â322. 20. Lewis, J.A., Colloidal processing of ceramics, Journal of the American Ceramic Society, 83(10) (2000) 2341â2359. 21. Liu, J., Lin, L., Li, J., Liu, J., Yuan, Y., Ivanov, M., et al., Effects of ball milling time on microstructure evolution and optical transparency of Nd:YAG ceramics, Ceramics International, 40(7) (2014) 9841â9851. 22. Omura, N., Hotta, Y., Sato, K., Kinemuchi, Y., Kume, S., Watari, K., Wet jet milling of Al2O3 slurries, Journal of the European Ceramic Society, 27(2) (2007) 733â737. 23. Maiti, K., Sil, A., Preparation of rare earth oxide doped alumina ceramics, their hardness and fracture toughness determinations, Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, 13(5) (2006) 443-450. 24. Ba, X., Li, J., Pan, Y., Zeng, Y., Liu, W., Jiang, B., et al., Influences of solid loadings on the microstructures and the optical properties of Yb:YAG ceramics, International Journal of Applied Ceramic Technology, 12(2) (2015) 418â425. 25. Boulesteix, R., Boulesteix, Maitre, A., Baumard, J.F., Salle, C., Rabinovitch, Y., Mechanism of the liquid-phase sintering for Nd:YAG ceramics, Optical Materials, 31(5) (2009) 711â 715. 26. Lee, S.H., Kochawattana, S., Messing, G.L., Dumm, J.Q., Quarles, G., Castillo, V., Solid-State Reactive Sintering of Transparent Polycrystalline Nd: YAG Ceramics, Journal of the American Ceramic Society, 89(6) (2006) 1945â1950. 27. Kinsman, K. M., McKittrick, J., Sluzky, E., Hesse, K., Phase Development and Luminescence in Chromium-Doped Yttrium Aluminum Garnet (YAG:Cr) Phosphors, Journal of the American Ceramic Society, 77(11) (1994) 2866â2872. 28. Kong, L.B., Huang, Y., Que, W., Zhang, T., Li, S., Zhang, J., et al., Transparent Ceramics, Springer, 2015.
 
 Download PDF 


Term of Use  | Privacy Policy | Contact Us

Journal of Advanced Materials and Technologies
E-mail: office@jem.ir
Web Site: http://www.jamt.ir