 |
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
 |
Details of project |
|
|
| Identifier |
129976 |
| Type |
NNE |
| Principal investigator |
Balázsi, Csaba |
| Title in Hungarian |
ALON kerámiák környezetkímélő előállítása és vizsgálata |
| Title in English |
Eco-friendly AlON Processing |
| Keywords in Hungarian |
ALON kerámia, Al2O3, AlN, szerkezet, keménység, szilárdság, tribológia |
| Keywords in English |
ALON ceramics, Al2O3, AlN, structure, hardness, strength, tribológia |
| Discipline |
| Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Nanotechnology (Materials technology) |
|
| Panel |
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences |
| Department or equivalent |
Institute of Technical Physics and Materials Science (Centre for Energy Research) |
| Participants |
Balázsi, Katalin
Fogarassy, Zsolt
Furkó, Mónika
Oláh, Nikolett
Sulyok, Attila
Szira, Fruzsina
Varanasi, Dheeraj
|
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2022-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
35.856 |
| FTE (full time equivalent) |
5.55 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az AlON kerámiák egyedi tulajdonságai egyedülálló kristályszerkezetében rejlenek. Általában elmondható, hogy az oxigén részleges helyettesítését nitrogénnel az Al2O3-ban, vagy éppen fordítva, az oxigén szubsztitúciója az AIN-ben stabilizálja az új fázisokat, amelyek szignifikánsan eltérő kristályszerkezeteket és szimmetriát (tércsoportot) tartalmaznak: az α-Al203 romboéderes, AIN hexagonális, az ALON kerámiák köbös kristályszerkezetűek. Az AlON keámia, melynek köbös spinell szerkezete van, nitrogén által stabilizált köbös alumínium-oxidnak tekinthető. Az α-Al2O3-hoz hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, de a köbös kristályszerkezet miatt a teljesen tömör polikristályos háromdimenziós testek tökéletesen transzparensek lehetnek, ha megfelelő technológiával állítjuk elő. Az ALON kerámiák más tulajdonságai, mint például a dielektromos veszteség tényező, rendkívül kismértékű lehet, a hőtágulás által indukált szemcsehatároknál kialakuló maradék feszültségek hiánya miatt. A kutatásunkban vizsgált egyik kiinduló anyag, az AlN azért is érdekes kerámia, mivel dielektromos tulajdonságai mellett az elméleti hővezető képessége szobahőmérsékleten rendkívül nagy (130-150 W/mK), amely hasonló vagy magasabb, mint sok fém hővezető képessége.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az AlON egy egyedülálló kerámia, amely számos fontos tulajdonsággal rendelkezik, és ezért több alkalmazásban hasznosítanak. Annak ellenére, hogy korábban széles körű kutatást folytattak az ALON kerámia szerkezetével kapcsolatosan, eddig nem végeztek kiterjedt és szisztematikus elemzést annak érdekében, hogy alternatív, környezetkímélőbb és költséghatékonyabb eljárásokat határozzanak meg teljesen tömör ALON átlátszó testek előállításához. A reakciószinterezés, plazmaszinterezés, a tranziens folyadékfázisú vagy szilárd állapotú szinterezés további optimalizálása fontos kérdek a kutatásban. A jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható AlON anyagok átlagos szemcsemérete 150-200 mikronos nagyságrendű, azonban a szemcseméret szabályozására szolgáló új módszerek kifejlesztése, különösen a nanoszerkezetű ALON kerámiák előállítása jobb tulajdonságokkal rendelkező anyagokat eredményezhet.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az alumínium-oxinitrid felfedezése az 1970-es évekre nyúlik vissza, amikor japán, egyesült államokbeli és francia kutatók felfedezték, hogy a nitrogén alumínium-oxidhoz való hozzáadásával új spinelszerű fázisok keletkeznek. Abban az időben óriási érdeklődés mutatkozott az oxinitridek iránt. Ez az áttetsző alumínium-oxinitrid spinel kerámia neve AlON. Ezt követően a Raytheon cég továbbfejlesztette az AlON-t egy kiválóan átlátszó kerámiává (ALON-TM). Az AlON a polikristályos kerámiák modellanyagaként szolgál, és transzparenciája miatt a valós idejű diagnosztikai megfigyelések számos mechanikai vizsgálatban könnyen végrehajthatók. Az AlON kerámia egyéb lehetséges alkalmazási területei közé tartozik az átlátszó páncél, a katonai repülőgépek és a rakéta kupolák, az infravörös ablakok, a hiper-félgömb alakú kupolák, a lézerablakok, a katonai repülőgép lencsék, a félvezető feldolgozási alkalmazások és a szkennerablakok. A jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható AlON anyagok átlagos szemcsemérete 150-200 mikronos tartományban van, azonban a szemcseméret szabályozására szolgáló új módszerek kifejlesztése, különösen a nano léptékben jobb tulajdonságokkal rendelkező anyagokat eredményezhet. A jelenlegi kutatás az ALON kerámiák fejlesztésére összpontosít, az ALON kerámiák előállítására környezetkímélőbb és költséghatékonyabb eljárásokat dolgozunk ki.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az alumínium-oxinitrid (AlON) egy egyedülálló kerámia, amely számos fontos tulajdonsággal rendelkezik, és ezért több ipari és katonai alkalmazásban hasznosítanak. Annak ellenére, hogy korábban széles körű kutatást folytattak az ALON kerámia szerkezetével kapcsolatosan, eddig nem végeztek kiterjedt és szisztematikus elemzést annak érdekében, hogy alternatív, környezetkímélőbb és költséghatékonyabb eljárásokat határozzanak meg teljesen tömör ALON átlátszó testek előállításához.
A jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható AlON anyagok átlagos szemcsemérete 150-200 mikronos tartományban van, azonban a szemcseméret szabályozására szolgáló új módszerek kifejlesztése, különösen a nanoszerkezetű ALON jobb tulajdonságokkal rendelkező anyagokat eredményezhet. A jelenlegi kutatás célja az ALON kerámiák kísérleti fejlesztése, az ALON kerámiák előállításának optimizációja környezet- és költségkímélőbb eljárások alkalmazásával.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The individual properties of AlON material lies in its unique crystal structure. Generally, it can be said that substitution of nitrogen for oxygen in Al2O3 or, conversely, substitution of oxygen into AIN stabilizes new phases with significantly different crystal structures and symmetry (space group): α-Al203, AION and AIN rhombohedral, cubic, and hexagonal, respectively. AlON, having the cubic spinel structure, can be thought of as nitrogen stabilized cubic aluminum oxide. It has many properties comparable to α-Al2O3, but because of its cubic crystal structure, fully dense, polycrystalline bodies can be completely transparent if processed properly. Other properties, like dielectric loss tangent, can be extremely low because of the lack of thermal expansion-induced residual strain at grain boundaries. AlN is an intriguing material because of its theoretical thermal conductivity at room temperature is extremely high for a dielectric material and comparable or higher than many metals.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
AlON is a unique material exhibiting many important properties which make it useful in many applications and others yet to be determined. Although there has been extensive research on the material, especially more recently because of increased commercial interest, extensive systematic powder synthesis and processing studies have not been carried out to determine alternate, more eco-friendly cost efficient routes to fully dense transparent bodies. Further optimization of reaction sintering and transient liquid phase sintering could be important processing routes. Current commercially available AlON materials exhibit average grain sizes in the order of 150–200 micron, however, development of new methods to control the grain size, especially at the nano-scale could create materials with improved properties.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The discovery of aluminum oxynitride goes back to the 1970s, when researchers in Japan, the United States and France found that additions of nitrogen into aluminum oxide resulted in new spinel-like phases. At that time there was huge interest in oxynitrides. This translucent aluminum oxynitride spinel ceramic was named AlON. Subsequently, the Raytheon Company further developed AlON into a highly transparent material (ALON-TM). AlON can serve as a model material for polycrystalline ceramics and, because of its transparency, real time diagnostic observations can be easily carried out in many mechanical tests. Other possible applications of AlON materials include transparent armour, EM domes and windows, military aircraft and missile domes, IR windows, hyper-hemispherical domes, laser windows, military aircraft lenses, semi-conductor processing applications, and scanner windows (point of sale (POS) windows). Current commercially available AlON materials exhibit average grain sizes in the order of 150–200 micron, however, development of new methods to control the grain size, especially at the nano-scale could create materials with improved properties. This project will focus to development of ALON ceramics with nanostructure by eco-friendly methods.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
AlON is a unique material exhibiting many important properties which make it useful in many applications and others yet to be determined. Although there has been extensive research on the material, especially more recently because of increased commercial interest, extensive systematic powder synthesis and processing studies have not been carried out to determine alternate, more cost efficient routes to fully dense transparent bodies. Further optimization of reaction sintering and transient liquid phase sintering could be important processing routes. Current commercially available AlON materials exhibit average grain sizes in the order of 150–200 micron, however, development of new methods to control the grain size, especially at the nano-scale could create materials with improved properties. In this project nanostructured ALON ceramics will be realized with new properties by eco-friendly approach considering innovative preparation and sintering methods.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| BALÁZSI Csaba, FURKO Mónika, BALÁZSI Katalin: Korszerű nitrid kerámiák előállítása és vizsgálata, Vol 28: XXVIII. Nemzetközi Gépészeti Konferencia – OGÉT 2020 OGÉT–2021: pp. 93-96., 2021 | | Hegedüs N., Furkó M., Balázsi K., Balázsi C.: Környezetbarát energiatermelés, energiahatékonyság és közlekedés szempontjából kritikus üvegek, kerámiák és fémek, ANYAGOK VILÁGA XVI: (1) pp. 62-80., 2021 | | Nikolett Hegedüs, Riku Lovics, Miklós Serényi, Zsolt Zolnai, Péter Petrik, Judit Mihály, Zsolt Fogarassy, Csaba Balázsi, Katalin Balázsi: Examination of the Hydrogen Incorporation into Radio Frequency-Sputtered Hydrogenated SiNx Thin Films, COATINGS 11: (1) 54, 2021 | | Mónika Furkó, Katalin Balázsi, Csaba Balázsi: ALON ceramics preparation and characterization, ICACC 2021, Florida, Daytona beach, Florida, 2021 | | Furkó Mónika, Katalin Balázsi, Csaba Balázsi: Eco-friendly Al2O3/AlN processing, EUROMAT 2021, 2021 | | Dheeraj Varanasi, Katalin Balázsi, Csaba Balázsi: Novel eco-friendly processing of Al2O3-AlN ceramics by hot isostatic pressing, EUROMAT 2021 conference and exhibition, 2021 | | Varanasi Dheeraj, Furkó Monika, Balázsi Katalin, Balázsi Csaba: Processing of Al2O3-AlN Ceramics and Their Structural, Mechanical, and Tribological Characterization, MATERIALS 14: (20) 6055, 2021 | | Csaba Balázsi, Katalin Balázsi: Effect of the pressureless post-sintering on the hot isostatic pressed Al2O3 prepared from the oxidized AlN powder, Pan American Ceramics Congress (PACC) combined with the Ferroelectrics Meeting of Americas (FMAs), July 24–28, 2022, in Panama City, Panama, 2022 | | Balázsi K., Varanasi D., Horváth Zs. E., Furkó M., Cinar F. S., Balázsi C.: Effect of the pressureless post-sintering on the hot isostatic pressed Al2O3 prepared from the oxidized AlN powder, SCIENTIFIC REPORTS 12: (1) 8250, 2022 | | Balázsi Csaba, Furkó Mónika, Szira Fruzsina, Balázsi Katalin: Research on Technical Ceramics and their Industrial Application: Preparation Techniques and Properties of Transparent AlON Ceramics, ACTA MATERIALIA TRANSYLVANICA / ANYAGTUDOMÁNYI KÖZLEMÉNYEK 2: (1) pp. 7-12., 2019 | | Lamnini Soukaina, Balázsi Csaba, Balázsi Katalin: Wear mechanism of spark plasma sintered MWCNTs reinforced zirconia composites under dry sliding conditions, WEAR 430-431: pp. 280-289., 2019 | | Katalin Balázsi, Mónika Furko, Zsolt Fogarassy, Csaba Balázsi: Examination of milled h-BN addition on sintered Si3N4/h-BN ceramic composites, PROCESSING AND APPLICATION OF CERAMICS 12: (4) pp. 357-365., 2018 | | Qadir Awais, Fogarassy Zsolt, Horváth Zsolt E, Balazsi Katalin, Balazsi Csaba: Effect of the oxidization of Si3N4 powder on the microstructural and mechanical properties of hot isostatic pressed silicon nitride, CERAMICS INTERNATIONAL 44: (12) pp. 14601-14609., 2018 | | Katalin Balázsi, Mónika Furko, Zagyva Tamás, Csaba Balázsi: Literature study on Preparation Techniques of Transparent AlON Ceramics, International Workshop on Woman in Ceramic Science (WoCeram2019) 2019. April 7-9. Novotel Danube Budapest, Bem rakpart 33-34, 1027 Budapest, Hungary, 2019 | | Balázsi Csaba, Furkó Mónika, Szira Fruzsina, Balázsi Katalin: Overiew on Properties of Transparent AlON Ceramics, International Workshop on Woman in Ceramic Science (WoCeram2019) 2019. April 7-9. Novotel Danube Budapest, Bem rakpart 33-34, 1027 Budapest, Hungary, 2019 | | BALÁZSI Katalin, FURKO Mónika, BALÁZSI Csaba: Nitrid kerámiák környezetkímélő előállítása és vizsgálata, In: Barabás, István (szerk.) XXVIII. Nemzetközi Gépészeti Konferencia – OGÉT 2020, Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT) (2020) pp. 33-36., 2020 | | Lamnini Soukaina, Károly Zoltán, Bódis Eszter, Balázsi Katalin, Balázsi Csaba: Influence of structure on the hardness and the toughening mechanism of the sintered 8YSZ/MWCNTs composites, CERAMICS INTERNATIONAL 45: (4) pp. 5058-5065., 2019 | | Awais Qadir, Katalin Balazsi, Csaba Balazsi, Michal Ivor, Jan Dusza: Properties of MWCNTs added Si3N4composites processed fromoxidized silicon nitride powders, PROCESSING AND APPLICATION OF CERAMICS 14: (1) pp. 25-31., 2020 | | Balazsi Katalin, Furkó Mónika, Klimczyk Piotr, Balázsi Csaba: Influence of Graphene and Graphene Oxide on Properties of Spark Plasma Sintered Si3N4 Ceramic Matrix, CERAMICS 3: (1) pp. 40-50., 2020 | | Balázsi Csaba, Furkó Mónika, Szira Fruzsina, Balázsi Katalin: Műszaki kerámiák kutatása és ipari alkalmazásaik: átlátszó AlON kerámiaanyagok előállítási módszerei és tulajdonságai, ACTA MATERIALIA TRANSYLVANICA (HU) 2: (1) pp. 7-12., 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
