Herstellung von nanoskaligen TiN Pulvern und deren kolloidale Verarbeitung zu Al2O3/TiN-Nanokompositkeramiken

Abstract

Die Synthese der nanoskaligen Titannitrid-Pulver (n-TiN) mit spezifischen Oberflächen von 20 bis 80 m²/g erfolgte über den Chemical-Vapour-Reaction-Prozeß (CVR). Die Pulver wurden nach einer chemischen Oberflächemodifizierung redispergiert und zu stabilen, wässrigen n-TiN-Suspensionen mit bis zu 40 Gew.-% Feststoffgehalt und dynamischen Viskositäten unter 10 mPa.s (Scherrate 200 min-1) verarbeitet. Zusammen mit wässrigen Al2O3-Suspensionen wurden hieraus Al2O3/TiN-Kompositsuspensionen hergestellt, bei denen die oberflächenchemischen Eigenschaften von Al2O3 und TiN so aufeinander abgestimmt wurden, daß die nanodisperse Verteilung des TiN aufgrund elektrostatischer Beschichtung erhalten blieb. Kompositschlicker mit TiN-Gehalten bis zu 5 Vol.-% wurden anschließend mittels Gefriertrockung zu Preßpulvern verarbeitet und über Heißpressen verdichtet. Gefügeuntersuchungen an verdichteten Kompositproben ergaben, daß eine nanodisperse TiN-Verteilung vorlag. Die TiN-Partikel bewirkten in der Al2O3-Matrix neben der Änderung des Bruchmodus (interkristalliner Bruch - interkristalliner/intrakristalliner Bruch) eine signifikante Kornfeinung. Die mittlere Korngröße der Kompositproben mit 5 Vol.-% n-TiN betrug 0.6 µm (Vergleichsproben ohne TiN 1.4 µm). Die Biegebruchfestigkeit von Al2O3 konnte durch 2.5 Vol.-% n- TiN geringfügig von 285 MPa auf 337 MPa verbessert werden. Die Bruchzähigkeit blieb unverändert bei 2.4 Mpa.m0.5.