Flux growth of ZnO microcrystals and growth of doped homoepitaxial ZnO films by liquid phase epitaxy

Zinc oxide is known as an outstanding material with desirable properties and a wide application range in optoelectronics, transparent electronics, etc. An increasingly important aspect is the fabrication of materials like ZnO by technologies which not only guarantee reproducibly high quality, but also facilitate one-step fabrication of the functional materials with a minimum effort in producing them by so-called green technologies. Moreover, mechanically untouched ZnO surfaces are desirable to exclude radiative losses due to a damaged surface layer. As the doping of hydrothermal grown bulk ZnO appears rather difficult and time consuming, LPE was employed to obtain high-quality single crystal films of several micrometer thickness. With the LPE growth technique the damaged surface layer is neutralized, at the same time doping can be realized and the sample surface is mechanically untouched. LPE is an advancement of the flux growth. Before growing films by LPE several flux experiments were done. Homoepitaxial ZnO films and microcrystals were grown from a LiCl solution at 640°C under ambient air conditions. ZnO is produced by a reaction of ZnCl2 with K2CO3, such way providing the feeding for continous growth. Doping and formation of solid solutions with ions such like Bi, Sb, Mo, and In was enabled through employment of the relevant pure metal, metal halogenide or metal oxide. The crystal quality has been investigated by SEM, EDX, XRD, DIC and PL

Design of water debinding and dissolution stages of metal injection moulded porous Ti foam production

Foams are advanced materials with controlled meso- and micro-structure, with huge potential in a variety of applications such as in the biomedical and automotive sectors. One promising technique for the production of Ti foams is Metal Injection Moulding in combination with Space Holders (MIMSH). Most existing work in the literature on MIM-SH foams reports very long debinding and dissolution periods that can extend for more than two days. In this paper, the effect on process speed of different water debinding and dissolution techniques of MIM-SH Ti foams will be investigated. Furthermore, the temperature influence on the debinding and dissolution behaviour of a PEG based binder and KCl space holder will be examined. In addition, some debound samples will be sintered in order to verify their suitability for the production of Ti foams. The results show that a heated ultrasonic bath is the fastest and most effective technique in removing the PEG and space holder, while increasing the temperature increased the removal rate up to a certain temperature (80 °C) where a significant swelling occurred, leading to a slower removal rate. The results make it possible for a more rapid production method to be designed systematically

Open Celled Porous Titanium

Among the porous metals, those made of titanium attract particular attention due to the interesting properties of this element. This review examines the state of research understanding and technological development of these materials, in terms of processing capability, resultant structure and properties, and the most advanced applications under development. The impact of the rise of additive manufacturing techniques on these materials is discussed, along with the likely future directions required for these materials to find practical applications on a large scale

Future of additive manufacturing: Overview of 4D and 3D printed smart and advanced materials and their applications

© 2020 Elsevier B.V. 4D printing is an emerging field in additive manufacturing of time responsive programmable materials. The combination of 3D printing technologies with materials that can transform and possess shape memory and self-healing capabilities means the potential to manufacture dynamic structures readily for a myriad of applications. The benefits of using multifunctional materials in 4D printing create opportunities for solutions in demanding environments including outer space, and extreme weather conditions where human intervention is not possible. The current progress of 4D printable smart materials and their stimuli-responsive capabilities are overviewed in this paper, including the discussion of shape-memory materials, metamaterials, and self-healing materials and their responses to thermal, pH, moisture, light, magnetic and electrical exposures. Potential applications of such systems have been explored to include advancements in health monitoring, electrical devices, deployable structures, soft robotics and tuneable metamaterials

Fabrication des pièces métalliques et céramiques par impression 3D

L’impression en trois dimensions est une technique de fabrication rapide permettant la fabrication de pièces en trois dimensions. La méthode consiste à générer la pièce couche par couche au moyen de poudres plastiques, métalliques ou céramiques. La première section de la pièce est consolidée par impression d’un liant polymère, ensuite un rouleau étale une fine couche de poudre sur la section consolidée puis la deuxième section est imprimée sur La couche de poudre. Et ainsi de suite jusque à l’obtention de la pièce complète. Lorsque le matériau de la poudre est de nature céramique ou métallique, des cycles thermiques de déliantage et de frittage sont requis pour brûler le liant et souder les grains de poudres les uns aux autres par diffusion. Il en résulte une pièce poreuse dont les propriétés mécaniques n’atteignent pas celle d’une pièce dense. Afin d’améliorer les propriétés du corps poreux celui-ci peut être infiltré avec un matériau dont le point de fusion est inférieur à celui de la poudre. Pour ce faire la pièce devra subir un traitement thermique d’infiltration. Le présent travail rend compte des différent essais et résultat obtenu avec cette méthode de fabrication.Der Druck in drei Dimensionen ist eine Fabrikationsmethode, die zur schnellen Herstellung und der Fertigung in drei Dimensionen dient. Die Methode besteht in der Generierung des Stückes, Schicht bei Schicht, mittels Kunststoff-, Metall- oder Keramik Pulver. Der erste Arbeitsschritt ist Teil des konsolidierten Aufdruckes von einer Polymerverbindung. Alsdann wird mit einer Rolle eine dünne Schicht Pulver auf die zu bearbeitende Fläche konsolidiert. Danach wird die zweite Pulverschicht gedruckt. Und so weiter bis das Modell fertig erstellt ist. Wenn das Material des Pulvers geeignet ist(Keramik oder Metall), der Wärmezyklen von Entbinderung und Sinterung sind für brennen die Bindung und löten die Körner Pulver, die miteinander schweissen durch Verbreitung. Das Ergebnis ist ein Stück mit Porositäten, dass die mechanischen Eigenschaften nicht erreichen, wie ein Stück mit hoher dichte. Um die Eigenschaften der porösen Körper zu verbessern, kann mittels eines Materiales (mit einem tieferen Schmelzpunkt)das Pulver infiltrieren/ergänzen. Dafür muss das Teil einer Infiltrierenden Wärmebehandlung unterzogen werden. Diese Arbeit berichtet über die Ergebnisse verschiedener Versuche und erzielten Resultate für diesen Heerstellungsprozess

Break the mould

Powder injection moulding combines flexible design with the strength of metals. Safety is key in medical devices, so corrosion-resistant and biocompatible materials such as titanium are ideal. Metal and ceramic injection moulding techniques are expected to see growth over the next few years

Carbon nanotubes ::metal matrix composites

High elastic modulus and very low density make carbon nanotubes excellent candidates for use as reinforcements in composite materials. Lightweight, high strength and stiffness, enhanced hardness and enhanced electrical properties are among the drivers for the development of metal-nanotube composites. Unlike nanotube reinforced polymer- and ceramic-matrix composites, the manufacturing of bulk metal-matrix composites has been the subject of a reduced number of studies, and remains a great challenge involving the expertise of materials scientists. Until now, most of the classical processing techniques have failed in obtaining acceptable results, an exception being the powder metallurgy route. Uniform dispersion of nanotubes in the metal matrix and high nanotube-metal interfacial strength are among the main issues to be solved. This chapter outlines the recent advances in the field

Moulage par injection de pièces poreuses en NiTi pour des applications biomédicales

Objectif du projet: Fabriquer des pièces poreuses en NiTi de module élastique proche de celui de l’os. La porosité doit être ouverte et la taille des pores comprise entre 100 et 500 μm. Méthodes | Expériences | Résultats: Des pièces en NiTi ont été fabriquées par moulage par injection de poudres (PIM) à partir de poudres de Ni et de TiH2. Deux géométries ont été testées : Des pastilles pour des essais de compression et des barrettes pour des essais de flexion 3 points. Afin de caractériser les pièces frittées, des observations au microscope optique et électronique, des essais de compression cyclique, des essais de flexion cyclique et calorimétriques (DSC) ont été réalisés. L’essai de flexion met en évidence un module élastique proche de celui de l’os (20GPa). La DSC indique des températures de transformations austénitiques et martensitiques voisines de la température ambiante. Le taux de porosité se situe entre 31 et 43 % en fonction des températures de frittage. La taille des pores se situe entre 5 et 30 μm au lieu des 100 à 500 μm souhaités. L’utilisation de space - holders semble inéluctable pour obtenir des pores d’une si grande taille. Trois températures de frittage ont été testées : 800, 1000 et 1200°C. Les caractéristiques mécaniques obtenues pour les deux dernières températures de frittage sont très bonnes. Dans la perspective d’une application industrielle, un frittage à 1000°C semble le meilleur compromis coût – caractéristiques mécaniques

Réalisation des pièces en alliage de titane par technologie MIM

Objectif du projet : réalisation par technologie MIM (Metal Moulding Injection) de pièces à partir de’hydrure de titane ayant les caractéristiques du titane pu