Comparative study of radiation-induced damage in magnesium aluminate spinel by means of IL, CL and RBS/C techniques

International audienceA comparative study of damage accumulation in magnesium aluminate spinel (MgAl2O4) has been conducted using ionoluminescence (IL), cathodoluminescence (CL) and Rutherford Backscattering Spectrometry/channeling (RBS/C) techniques. MgAl2O4 single crystal and polycrystalline samples were irradiated with 320 keV Ar+ ions at fluencies ranging from 1 × 1012 to 2 × 1016 cm−2 in order to create various levels of radiation damage. RBS/C measurements provided quantitative data about damage concentration in the samples. These values were then compared to the luminescence measurements. The results obtained by IL and RBS/C methods demonstrate a two-step character of damage buildup process. The CL data analysis points to the three-step damage accumulation mechanism involving the first defect transformation at fluencies of about 1013 cm−2 and second at about 1015 cm−2. The rate of changes resulting from the formation of nonluminescent recombination centers is clearly nonlinear and cannot be described in terms of continuous accumulation of point defects. Both, IL and CL techniques, appear as new, complementary tools bringing new possibilities in the damage accumulation studies in single- and polycrystalline materials

Influence of residual pores on optical properties of MgAl₂O₄ ceramics in the infrared range

W pracy wykazano, że straty w transmitancji dla ceramiki MgAl2O4 spowodowane są rozpraszaniem fali elektromagnetycznej na porach obecnych w ceramice. Badania przeprowadzone zostały za pomocą metod mikroskopowych oraz spektroskopii w zakresie światła widzialnego i podczerwieni. Poziom transmitancji w funkcji długości fali zależy od stopnia porowatości ceramiki, rozmiaru porów oraz rozkładu ich wielkości. Do wyznaczenia współczynnika rozpraszania zastosowano teorie rozpraszania Mie z uwzględnieniem rozkładu rozmiarów porów. Porównując transmitancję obliczoną teoretycznie ze zmierzoną określono rozkład rozmiarów porów oraz porowatość ceramiki. Uzyskano dobrą zgodność z danymi eksperymentalnymi. Pomiary odbicia całkowitego oraz wyznaczony współczynnik asymetryczności pokazały, że rozpraszanie zachodzi głównie w kierunku padania fali.The aim of the present work was to study the influence of residual porosity on the transmission of polycrystalline MgAl2O4. Spinel samples were investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy as well as IR and VIS spectroscopy. It was showed that the inline transmission is sensitive to the microstructure of a ceramic and depends on the total porosity, the pore size and the pore distribution. Mie theory for light scattering was applied to compute scattering coefficients. Transmission curves versus wevelength for spinel MgAl2O4 were also estimated on the basis of of the pore radius rm, the width of the distibution a and the porosity Vp. Finaly, the calculated transmission curves were compared with the experimentally determined transmission using rm, σ and Vp as parameters. Good agreement with experimental data was obtained. It was proved that light is mainly scatered in the forward direction

Ceramiczne struktury porowate wytwarzane metodą freeze-casting

In this paper we describe the construction of an apparatus for a method of unidirectional freeze-casting of ceramic suspensions. The cooling system is based on a cascade system with Peltier modules. The compositions of the suspensions were elaborated in two different systems of the superplasticizer (dispersing agent)/binder additives. Applying the freeze-casting method, zirconium dioxide powder (stabilized with 3% at. of yttrium oxide) was used to fabricate the ceramic matrices, which were then vacuum-infiltrated with a commercially available epoxy resin EpoFix (Struers). SEM microphotographs showed that the porous ceramic materials of a layered structure had been obtained. These layers were arranged into domains of different orientations in relation to each other, while in the domains the layers were arranged in parallel to each other. A mechanism of the processes occurring during freezing the ceramic suspensions was described on the basis of the SEM images of the cross-sections of the produced samples. We observed the key-effect of the additives (superplasticizer, binder) on the microstructure of the samples. That influence can be explained by a change in the freezing mechanism or a change in the ice crystal structure in a system containing those additives.W ramach przedstawionej pracy opisana została budowa urządzenia służącego do jednokierunkowego wymrażania zawiesin ceramicznych metodą freeze-casting. Układ chłodzenia opiera się na systemie kaskadowym, w którym wykorzystywane są moduły Peltiera. opracowane zostały składy zawiesin w dwóch różnych układach dodatków upłynniacz/spoiwo. metodą freeze-casting, z proszku dwutlenku cyrkonu (stabilizowanego 3% molowo tlenkiem itru) wykonane zostały matryce ceramiczne, które następnie infiltrowano próżniowo za pomocą handlowo dostępnej żywicy epoksydowej EpoFix (struers). mikrofotografie sEm pokazały, iż wytworzone zostały porowate materiały ceramiczne o charakterze warstwowym. Warstwy te ułożone są w domeny o różnej orientacji względem siebie. W domenach z kolei warstwy ułożone są względem siebie równolegle. Na podstawie mikrofotografii z przekroju poprzecznego wytworzonych próbek opisano mechanizm zachodzący podczas wymrażania zawiesin ceramicznych. zaobserwowano kluczowy wpływ dodatków (upłynniacz, spoiwo) na mikrostrukturę próbek. Wpływ ten tłumaczy się zmianą mechanizmu zamarzania, lub zmianą struktury krystalicznej lodu w układzie z tymi dodatkami

Zastosowanie preform ceramicznych do wytwarzania kompozytów ceramika-metal

This paper presents new solution to manufacturing Cu-Al2O3 composites with a dispersed reinforcement phase. It consists in substituting commonly used commercial alumina powder with crushed ceramic foam. Very low strength of thin-walled Al2O3 porous foams results in both their easy destruction and isolation of fragments 2O3 z rozproszoną fazą wzmacniającą. Polega ono na wykorzystaniu zamiast powszechnie stosowanego handlowego proszku tlenku glinu, rozkruszonej pianki cera- micznej. Wysoka kruchość cienkościennych, porowatych pianek Cu-Al2O3 pozwoliła na łatwe ich rozdrobnienie i wyodrębnienie frakcji o fragmentach wielkości < 200 /im. Dodatek fazy ceramicznej wynosił 3-10%obj. Proces spiekania prowadzono w temperaturze 1050°C w czasie 30 min i pod ciśnieniem 30 MPa. Celem pracy było określenie wpływu ilości dodatku fazy ceramicznej na mikrostrukturę oraz wybrane właściwości otrzymanych kompozytów

Application of Ceramic Preforms to the Manufacturing of Ceramic - Metal Composites

This paper presents new solution to manufacturing Cu-Al2O3 composites with a dispersed reinforcement phase. It consists in substituting commonly used commercial alumina powder with crushed ceramic foam. Very low strength of thin-walled Al2O3 porous foams results in both their easy destruction and isolation of fragments 2O3 z rozproszoną fazą wzmacniającą. Polega ono na wykorzystaniu zamiast powszechnie stosowanego handlowego proszku tlenku glinu, rozkruszonej pianki cera- micznej. Wysoka kruchość cienkościennych, porowatych pianek Cu-Al2O3 pozwoliła na łatwe ich rozdrobnienie i wyodrębnienie frakcji o fragmentach wielkości < 200 /im. Dodatek fazy ceramicznej wynosił 3-10%obj. Proces spiekania prowadzono w temperaturze 1050°C w czasie 30 min i pod ciśnieniem 30 MPa. Celem pracy było określenie wpływu ilości dodatku fazy ceramicznej na mikrostrukturę oraz wybrane właściwości otrzymanych kompozytów

Application of Ceramic Preforms to the Manufacturing of Ceramic - Metal Composites

Artykuł przedstawia nowatorskie rozwiązanie wytwarzania kompozytów CU-AI2O3 z rozproszoną fazą wzmacniającą. Polega ono na wykorzystaniu zamiast powszechnie stosowanego handlowego proszku tlenku glinu, rozkruszonej pianki cera- micznej. Wysoka kruchość cienkościennych, porowatych pianek AI2O3 pozwoliła na łatwe ich rozdrobnienie i wyodrębnienie frakcji o fragmentach wielkości < 200 /im. Dodatek fazy ceramicznej wynosił 3-10%obj. Proces spiekania prowadzono w temperaturze 1050°C w czasie 30 min i pod ciśnieniem 30 MPa. Celem pracy było określenie wpływu ilości dodatku fazy ceramicznej na mikrostrukturę oraz wybrane właściwości otrzymanych kompozytów

Biomechanical study in vitro on the use of self-designed external fixator in diaphyseal III metacarpal fractures in horses

Diaphyseal fractures of the III metacarpal bone represent 22% of all fractures of the long bones in horses. Treatment of such cases is difficult. The most popular solution used in these types of fractures is two plates applied directly to the bone surface, but they are not applicable on contaminated and infected fractures. External fixators are quite commonly used in human medicine, although in veterinary practice there is no typical stabilizer designed for the treatment of diaphyseal fractures of the III metacarpal bone so far. In this study, an external semicircular fixator of our own design was used and in vitro strength tests were conducted to determine the maximum force which would lead to the destruction of non-fractured bone and fractured bone treated with the stabilizer. On the basis of the strength tests, we can conclude that the stabilizer can be strong enough to allow the horse to stand up after surgery. It also has many favorable features which make it easy to assemble and to take care of a wound, while being safe enough for the animal at the same tim

Ceria doped YAG nanopowders with luminescent properties

Przedmiotem prezentowanej pracy były badania procesu wytwarzania proszków granatu itrowo-glinowego domieszkowanego cerem (Ce:YAG) metodą współstrącania i prażenia oraz oznaczenie ich właściwości luminescencyjnych. Badaniom poddano proszki o dwóch poziomach zawartości domieszki aktywnej: 0,2 at.% i 2 at.%. Dla porównania, tą samą metodą wykonano proszki niedomieszkowane. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, iż współstrącanie azotanów glinu i itru w przypadku częściowego podstawienia kationu itru cerem przebiega inaczej. Prekursor Ce:YAG składa się z trzech faz: Al5(OH)13(CO3)ܫH2O, Y(OH)3 i AlOOH, podczas gdy w przypadku proszku współstrąconego bez domieszki jedyną krystaliczną fazą jest NH4AlY0,6(CO3)1,9(OH)ܦ,8H2O. Odmienny skład prekursorów ma wpływ na przebieg ich rozkładu termicznego. Uzyskanie jednofazowego nanoproszku Ce:YAG jest możliwe dopiero po wygrzaniu prekursora w powietrzu w 1700°C/2h, podczas gdy proszek niedomieszkowany już w temperaturze 1100°C jest jednofazowym YAG. Obniżenie temperatury kalcynacji Ce:YAG można uzyskać stosując wygrzewanie w próżni. Charakterystyki emisyjne badanych proszków zależą od ich składu fazowego. W przypadku obecności faz YAM i YAP obok piku charakterystycznego dla YAG na widmach luminescencji pojawiają się dodatkowe efekty. Widmo luminescencji proszku 2% Ce:YAG wygrzanego w temperaturze 1500°C w próżni jest niemal identyczne z widmem monokryształu Ce: YAG zarówno pod względem położenia maksimum, jak i jego kształtu.The aim of presented work was to study formation processes of ceria-doped yttrium aluminium garnet (Ce:YAG) powders by co-precipitation and calcination. Two levels of active ion doping (0.2 at.% and 2 at.%) were studied. For comparison, undoped YAG precursors powders were prepared using the same preparation route. As found, co-precipitation process of powders doped with ceria follows another path than the powders undoped, which results in another phase composition of powders precursors. XRD shows that Ce:YAG precursor is a mixture of Al5(OH)13(CO3)ܫH2O, Y(OH)3 and AlOOH while udoped YAG precursor consists of only one crystalline phase - NH4AlY06(CO3)19(OH)ܦ,8H2O. Difference in composition of precursors influence on their thermal decomposition (Fig. 2-3). Single phase YAG powder was obtained by calcination of undoped precursor at 1100°C in air (Fig. 4). For the same result ceria doped precursor had to be annealed to much higher temperature - 1700°C (Fig. 5-6). Single phase Ce: YAG has been obtained for ceria doped powders by annealing in vacuum at 1500°C (Fig. 9). Emission characteristics of powders depends on powders phase compositions. When YAM and YAP phases are detected in powders additional peaks connected with these phases are observed in luminescence spectra (Fig. 13-14). Emission characteristics of 2% Ce:YAG powder annealed in vacuum at 1500°C is almost identical (both, in shape and maximum position) to the observed for Ce:YAG monocrystal (Fig. 15)