Door standaard verwerkingstechnieken systematisch te verfijnen, A*STAR-onderzoekers hebben een goedkope methode ontwikkeld voor het vervaardigen van een elektrisch geleidende keramische composiet van aluminiumoxide, een slijtvast materiaal dat in veel industriële toepassingen wordt gebruikt.

Aluminiumoxide (Al ₂ O ₃ ) is een van de meest gebruikte grondstoffen. Het is bestand tegen temperaturen van meer dan 2, 000 graden Celsius, en zijn kristallijne vorm, bekend als korund, is een van 's werelds hardste natuurlijk voorkomende materialen, tweede alleen voor diamant. Het is ook erg goedkoop, en kan in grote hoeveelheden worden geproduceerd, het is dus geen wonder dat het zijn weg heeft gevonden naar een groot aantal industriële toepassingen, van vulstoffen in verven, zonnebrandcrème en cosmetica, aan schuurmiddelen, gaszuivering, katalyse, geavanceerde filtratie, keramiek en composietmaterialen.

Aluminiumoxide is een uitstekende elektrische isolator. In sommige toepassingen, echter, zoals katalyse en geavanceerde filtratie, de mogelijkheid om het materiaal te elektrificeren kan aanzienlijke voordelen opleveren. Bijvoorbeeld, bij waterfiltratie, aluminiumoxide is veelbelovend als een duurzaam filtratiemembraan dat beter presteert dan conventionele polymeermembranen, maar alleen als het membraan kan worden geëlektrificeerd om vervuiling te voorkomen.

Het is bekend dat het mengen van aluminiumoxide met geleidend titaannitride (TiN) een geleidend keramisch composiet oplevert, maar ging vroeger gepaard met dure of complexe verwerkingstechnieken. Wei Zhai en collega's van het Singapore Institute of Manufacturing Technology hebben nu standaard industriële verwerkingsmethoden aangepast om een ​​veel kosteneffectiever resultaat te bereiken.

"We hebben een nieuwe verwerkingsmethode ontwikkeld om elektrisch geleidende Al . te fabriceren ₂ O ₃ –TiN-composieten door kogelfrezen en reactief sinteren te combineren, die beide typische methoden zijn voor poederverwerking, " legt Wei uit.

Het geheim van hun succes was het samen malen van poeders van Al ₂ O ₃ en Ti, niet TiN, en vervolgens de gevormde vorm onder stikstof te verwarmen (sinteren) om de uiteindelijke geleidende composiet te geven.

"Ti-poeder is veel kneedbaarder dan TiN, waardoor de poederdeeltjes tijdens het maalproces kunnen worden uitgerekt, " zegt Wei. Haar team ontdekte dat de vorm van Ti-deeltjes, en niet hun startgrootte, was de belangrijkste factor die de hoeveelheid TiN bepaald die nodig is om geleidbaarheid te bereiken. "Dit vermindert de hoeveelheid Ti die nodig is om elektrische geleidbaarheid te bereiken, die we theoretisch voorspelden."

Het team was in staat om een ​​geleidend composiet te produceren met slechts 15 procent TiN, en door de kleinste Ti-deeltjes te gebruiken, was in staat om merkbare achteruitgang van de gewenste mechanische eigenschappen van het materiaal te voorkomen.