Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben composieten gemaakt bestaande uit aluminiumoxide (AI ₂ O ₃ ) keramiek en titanium (Ti), namelijk AI ₂ O ₃ /Ti composieten. Ze ontwierpen een percolatiestructuur voor het vormen van een continue geleidingsroute door fijne Ti-deeltjes in een AI . te dispergeren ₂ O ₃ Matrix, optimalisatie van de deeltjesgrootte van metallisch Ti-poeder en sinterprocessen. Ze verbeterden de breuktaaiheid en elektrische geleidbaarheid van AI ₂ O ₃ /Ti-composieten terwijl ze tegelijkertijd fotokatalytisch vermogen krijgen door chemische en/of thermische behandeling. (Figuur 1)

Er zijn verschillende soorten metaal-keramische composieten onderzocht en ontwikkeld, maar hun combinatie en fijne structuren waren beperkt. Vooral, de combinatie van keramiek zoals aluminiumoxide gebruikt als matrices en titanium, een biocompatibel metaal, heeft het probleem dat de structuur van composieten niet uniform is vanwege de hoge reactiviteit van titanium (oxidatie vindt plaats en chemische verbindingen worden geproduceerd) en de grote deeltjesgrootte van commercieel verkrijgbaar Ti-poeder (enkele tientallen micrometers). Dus, het was moeilijk om composieten te produceren die voordelen hebben van zowel keramiek als metaal:dat wil zeggen, composieten waarin metallisch Ti-poeder homogeen in de matrix is ​​gedispergeerd en uitstekende mechanische eigenschappen heeft.

De groep bereidde kogelgemalen titaniumhydride (TiH ₂ ) fijn poeder gemengd met aluminiumoxidepoeder, AI produceren ₂ O ₃ /Ti composieten met behulp van een methode gebaseerd op de in situ ontleding van TiH ₂ naar Ti en gelijktijdig sinteren met Al ₂ IO ₃ , welk proces remde AI ₂ O ₃ oplossen in Ti door diffusie door grensvlakreactie tussen AI ₂ O ₃ en Ti tijdens het sinteren. Als resultaat, ze minimaliseerden de reactiviteit van Ti en AI ₂ O ₃ om aanzienlijk fijnere en homogenere Ti te dispergeren (vergeleken met die geproduceerd met conventionele methoden) in AI ₂ O ₃ , het realiseren van composieten met een percolatiestructuur door het gehalte aan toegevoegd Ti te beheersen.

Op deze manier, de groep verbeterde de breuktaaiheid van inherent brosse AI ₂ O ₃ door dispersie van fijne Ti-deeltjes in AI ₂ O ₃ en, door percolatie van metallische Ti-deeltjes, bijdragende elektrische geleidbaarheid aan isolatorkeramiek AI ₂ O ₃ . Ze toonden ook aan dat AI ₂ O ₃ keramiek kan worden bewerkt door machinale bewerking door elektrische ontlading, zoals metalen. (Gebruikelijk, keramiek is niet elektrisch geleidend.) ze vormden een nanoporeuze of nanostaafvormige titanialaag op het oppervlak van de composiet door Ti selectief te oxideren via NaOH-behandeling en/of warmtebehandeling. Door dit, ze toonden aan dat het fotokatalytische vermogen om organische stoffen af ​​​​te breken ook tegelijkertijd aan AI . kon worden gegeven ₂ O ₃ /Ti composieten.

Groepsleider Tohru Sekino zegt:"AI ₂ O ₃ /Ti-composieten zullen worden gebruikt als keramische matrixcomposieten met uitstekende mechanische eigenschappen en kunnen worden bewerkt door machinale bewerking met elektrische ontlading. Ze zullen ook worden gebruikt voor industriële producten en biomaterialen als nieuwe multifunctionele composieten met een actieve oppervlaktelaag met antibacteriële eigenschappen en een fotokatalytisch vermogen om verontreinigende stoffen af ​​te breken."