Az adalékanyagoknak az AT kerámiák mechanikai, illetve termikus tulajdonságaira gyakorolt hatását több publikáció ismerteti, többnyire hasonló eredményt bemutatva.
Okya és munkatársai szerint [12] a szilárdsági jellemzőket leginkább a MgO adalék befolyásolja. Kísérleteik során 5 % (m/m) mennyiségben MgO -, Fe2O3 -, La2O3 - és ZrO2-ot adagoltak a korund és a rutil ekvimoláris keverékéhez. Azt tapasztalták, hogy az adalékmentes AT-hoz képest valamennyi esetben nőtt a szilárdság. A szilárdsági tulajdonságok változásait az AT szerkezetében kialakuló domének nagyságával hozták összefüggésbe. A legnagyobb doménméret az adalékmentes AT esetén adódott, ami magával hozza a nagyméretű intergranuláris repedések kialakulását, így a szilárdság csökkenését. A legkisebb domének MgO adalékolás esetén alakultak ki, a szilárdsági értékek itt a legnagyobbak (8. táblázat).
Érdekes megfigyelni, hogy a Fe2O3 adalékolás során nem alakult ki domén-struktúra, a szilárdság mégsem nőtt ennek megfelelő mértékben.
Ohya szerint ez annak köszönhető, hogy bár a Fe2O3-dal dotált AT-ban domének nem alakulnak ki, a szerkezetet azonban nagyon sok apró mikrorepedés szövi át.
8. táblázat
Adalékolt AT kerámiák hajlítószilárdság, szemcse- és doménméret értékei
AT AT-Fe AT-Y AT-La AT-Zr AT-Mg
La2O3-ot tartalmazó mintában sok, és nagyméretű repedést figyeltek meg, a szilárdság ennek ellenére nem csökkent jelentősen. Ennek oka az, hogy a hőkezelés hatására nagyméretű, a képződő olvadékfázis által egymáshoz kapcsolódó kristályok alakultak ki.
Thomas és Stevens [15] nem a domén szerkezet kialakulásával magyarázza a szilárdsági tulajdonságok változásait, hanem a bevitt adalék közvetlen, vagy közvetett (az adalékanyag és a kiindulási oxidok reakciójából képződött reakciótermék, pl. spinell) hatásával. Ezen szemcsék (pl. ZrO2, mullit, spinell) az AT részecskék határfelületein elhelyezkedve gátolják a növekedést, így visszaszorítják a mikrorepedések kialakulását.
Buscaglia és szerzőtársai [23] az eddigiekhez hasonlóan a MgO és Fe2O3
szemcseméret csökkentő, így szilárdságnövelő hatásáról számolnak be.
Wohlfromm és munkatársai két cikkükben [6, 21] is az eddigiektől eltérő hatással magyarázzák a MgO-dal stabilizált AT szilárdságnövekedését. Véleményük szerint a kristálymorfológia játszik vezető szerepet: az adalékmentes AT képződése során a kialakuló kristályok oldalainak egymáshoz viszonyított aránya 0,9 – 1,9 között változik, míg a MgO adalék hatására ez az arány 1,0 – 3,2-re változik. Ez, a kvázi tű alakú kristályok által felépített szerkezet sokkal ellenállóbb a repedés terjedéssel szemben, így nő a szilárdság.
A SiO2 hatása a mechanikai tulajdonságokra nem annyira egyértelmű, mint pl.
MgO-é. Thomas és Stevens [15] szerint a SiO2 a szilárdságot csak 3 % (m/m)-ig növeli, további adalékolás hatására a szilárdság csökken. A szilárdsági tulajdonságok javulását a szemcsehatárokon kialakuló olvadékfázisnak tulajdonítják.
Kajiwara [40] nem talált ilyen jellegű szilárdságcsökkenést a 3 % (m/m)-ot meghaladó SiO2 tartalomnál, szerinte lényeges változást a 15 % (m/m)-os adagolás okoz, ekkor a reakciótermékek között krisztobalit jelenik meg, miközben az olvadékfázis részaránya egyre nő a rendszerhez adott SiO2 mennyiségével, az 1400 °C-os hőkezelés során. Ennek némileg ellentmond Perera és munkatársai [42]
véleménye, akik a legkisebb hőmérsékletű eutektikus pontot 1480 °C-nak találták.
Kijawara [40] kísérletei során BaO-ot is felhasznált adalékanyagként. Szintén beszámolnak a BaO adalék hatásának vizsgálatáról Nagano és munkatársai is [31]. A BaO adagolás azonban nem hat jelentősen az AT kerámiák szilárdságára, Kijawara a 3, 5, 10 % (m/m)-os BaO dotáció mellett 50, 40, 50 MPa-os hajlítószilárdság értékeket határozott meg, miközben a termikus tulajdonságok romlottak.
Nagano [31] a mechanikai tulajdonságok javítására egészen speciális adalékokat, különböző összetételű üvegfázisokat alkalmazott (Na2O-B2O3-SiO2, CaO-Al2O3 -SiO2, vagy ZnO-B2O3-SiO2 összetételű üvegeket). SEM, EDX és röntgendiffrakciós vizsgálatok felhasználásával megállapította, hogy a kerámiák mikroszerkezete finomabbá vált, az üvegfázis mellett tűszerű kristályok képződtek, azonban ezeket a kristályokat nem AT, hanem TiO2 (rutil) összetételűnek határozták meg. Egyben azt is megfigyelték, hogy csökkent a kerámiák sűrűsége, valamint visszaszorult az AT képződése.
Shi és Low [43] szintén olvadékfázisú szintereléssel állította elő az AT kerámiákat, adalékként spodument (Li2O·Al2O3·4SiO2) felhasználva. Amellett, hogy szilárdságnövekedést vártak (és tapasztaltak is) a spodumen alkalmazását leginkább az indokolta, hogy az eddig alkalmazott adalékok (Fe2O3, MgO, SiO2, ZrO2) bár javították a mechanikai tulajdonságokat, kisebb-nagyobb mértékben ugyan, de rontották a hőtechnikai sajátságokat. Olyan adalékot kerestek, amelynek hasonló, vagy kisebb a hőtágulási együtthatója az AT-énál. A számításba jöhető anyagok (kordierit, eucryptit, spodumen) közül a spodument választották. Már 2,5 % (m/m) adalékanyag-tartalom közel háromszorosára növelte a szerzők által vizsgált Rockwell-féle keménységet, miközben a hőtágulás nem változott jelentősen.
Ahogyan az adalékmentes AT kerámiáknál, úgy az adalékoltaknál is egyértelmű az összefüggés a szilárdság és a hőtágulás között.
Amennyiben az adalékanyagok alkalmazásával megnöveljük a szilárdságot, vagyis bármilyen megoldással csökkentjük a mikrorepedések számát, ill. mennyiségét, ezzel egyidejűleg a hőtágulási együttható értéke is megnő. Erről a hatásról legtöbb, a témával foglalkozó szerző beszámol.
Tilloca [38] és Perera, Cassidy [44] szerint a hőtágulás legkisebb mértékben a Fe2O3
adagolás esetén nő. Tilloca arról számol be, hogy a legnagyobb változás a kis Fe2O3
tartalomnál adódik (α = 3,4·10-6 K-1), míg a Fe2O3 tartalom növekedésével, ha kis mértékben is, de újra csökken (vagy legalább is nem változik) a hőtágulási koefficiens.
Nagano és társai [31], illetve Kijawara [40] a BaO és a ZrO2 adalék hőtágulásnövelő szerepét mutatta ki az adalékmentes AT-hoz képest.
Kijawara a SiO2 esetén is hasonló változást figyelt meg; hasonlóan a szilárdságvizsgálatnál tapasztaltakhoz, a lineáris hőtágulási együttható drasztikus növekedését 15 % (m/m) körüli SiO2 tartalomhoz rendeli.
A MgO adalék hatásának megítélése nem egyértelmű. Wohlfromm és munkatársai [21] szerint a MgO adalék csökkenti a lineáris hőtágulási együttható értékét.
Adalékmentes esetben –0,4·10-6 K-1, míg 2 % (m/m) MgO adalékolás esetén –1,0·10-6 K-1-t határoztak meg. Perera és Cassidy [44] úgy találta, hogy a MgO nem változtatja a hőtágulást, míg Thomas és Stevens [15] arról számol be, hogy az adalékolatlan AT lineáris hőtágulási együtthatója 1·10-6 K-1 értékről 5 % (m/m) MgO adalékolás hatására 2,6·10-6 K-1-re nő.
Az adalékok fizikai tulajdonságokra gyakorolt hatásáról tehát az eddigiek alapján elmondható, hogy kompromisszumot kell találni a szilárdsági tulajdonságok javítása, és a kedvező termofizikai sajátságok megtartása között.