The effects of microstructure on mechanical and electrical properties of W dispersed Al 2 O 3 ceramics

材料科学 复合材料 微观结构 断裂韧性 烧结 陶瓷 电阻率和电导率 穿晶断裂 脆性 冶金 晶界 晶间断裂 电气工程 工程类
作者
Shengfang Shi,Sunghun Cho,Tomoyo Goto,Tohru Sekino
出处
期刊:International Journal of Applied Ceramic Technology [Wiley]
卷期号:19 (3): 1746-1755 被引量:7
标识
DOI:10.1111/ijac.13985
摘要

Abstract This work aims to enhance the fracture toughness of brittle Al 2 O 3 ceramics and apply insulated Al 2 O 3 ceramics with electrical conductivity by dispersing second tungsten (W) metal particles. In order to investigate the effects of W dispersion on mechanical and electrical properties, Al 2 O 3 –W composites with various amounts of W (ranging from 5 vol% to 20 vol%) were fabricated by the hot‐press sintering method at various sintering temperatures. Microstructure analysis revealed submicron Al 2 O 3 matrix grains and W particles. The existence of three phases of Al 2 O 3 , W, and AlWO 4 was confirmed by X‐ray diffraction patterns. All Al 2 O 3 –W composites showed higher fracture toughness than monolithic Al 2 O 3 . The toughening mechanism was attributed to crack deflection and crack bridging. Transgranular fracture was visible in all composites. Electrical resistivity dramatically lowered from 2.9 × 10 12 Ω cm of monolithic Al 2 O 3 to 4.1 × 10 2 Ω cm of the composite with 20 vol% W addition. The percolation threshold is calculated as 18.5%. With the increase in sintering temperature, the amount of W particles was decreased and Al 2 O 3 grains became large, leading to the reduced number of conductive pathways formed by the dispersed W particles. As a result, electrical conductivity was decreased.

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