Micrografie elettroniche a scansione che mostrano (da sinistra a destra) le particelle di Ti grezzo, le particelle di Ti appiattite dopo la fresatura, e il finale sinterizzato Al 2 oh 3 -Composito conduttivo TiN. Credito:W. Zhai et al
Affinando sistematicamente le tecniche di lavorazione standard, I ricercatori di A*STAR hanno sviluppato un metodo a basso costo per la produzione di un composito ceramico di ossido di alluminio elettricamente conduttivo, un materiale resistente utilizzato in molte applicazioni industriali.
Ossido di alluminio (Al 2 oh 3 ) è una delle materie prime più utilizzate. Può resistere a temperature superiori a 2, 000 gradi Celsius, e la sua forma cristallina, noto come corindone, è uno dei materiali naturali più duri al mondo, secondo solo al diamante. È anche molto economico, e può essere prodotto in grandi quantità, quindi non c'è da meravigliarsi se ha trovato la sua strada in una moltitudine di applicazioni industriali, dai riempitivi nelle vernici, creme solari e cosmetici, agli abrasivi, purificazione del gas, catalisi, filtrazione avanzata, ceramiche e materiali compositi.
L'ossido di alluminio è un eccellente isolante elettrico. In alcune applicazioni, però, quali catalisi e filtrazione avanzata, la capacità di elettrificare il materiale potrebbe fornire vantaggi significativi. Ad esempio, nella filtrazione dell'acqua, l'ossido di alluminio ha grandi promesse come membrana di filtrazione di lunga durata che supera le membrane polimeriche convenzionali, ma solo se la membrana può essere elettrificata per prevenire le incrostazioni.
È noto che la miscelazione di ossido di alluminio con nitruro di titanio conduttivo (TiN) dà un composito ceramico conduttivo, ma ha precedentemente comportato tecniche di elaborazione costose o complesse. Wei Zhai e i colleghi del Singapore Institute of Manufacturing Technology hanno ora adattato i metodi di lavorazione industriale standard per ottenere un risultato molto più conveniente.
"Abbiamo sviluppato un nuovo metodo di lavorazione per fabbricare Al . elettricamente conduttivo 2 oh 3 –Compositi TiN combinando fresatura a sfere e sinterizzazione reattiva, che sono entrambi metodi tipici per la lavorazione delle polveri, " spiega Wei.
Il segreto del loro successo è stato macinare insieme le polveri di Al 2 oh 3 e Ti, non TiN, e quindi riscaldare (sinterizzare) la forma formata sotto azoto per dare il composito conduttivo finale.
"La polvere di Ti è molto più duttile del TiN, che consente di stirare le particelle di polvere nel processo di fresatura, " dice Wei. Il suo team ha scoperto che la forma delle particelle di Ti, e non la loro dimensione iniziale, era il fattore principale che determinava la quantità di TiN necessaria per ottenere la conduttività. "Questo riduce la quantità di Ti necessaria per ottenere la conduttività elettrica, che avevamo previsto teoricamente."
Il team è stato in grado di produrre un composito conduttivo con appena il 15% di TiN, e utilizzando le particelle di Ti più piccole, è stato in grado di prevenire un apprezzabile degrado delle proprietà meccaniche desiderate del materiale.
