An in-situ nano-TiB2 decorated AlSi10Mg composite (NTD-Al) powder was fabricated by gas-atomisation for selective laser melting (SLM). Fully dense and crack-free NTD-Al samples were produced using SLM. In contrast to the NTD-Al powder without cell-like microstructure, the SLMed NTD-Al had a textureless microstructure, consisting of fine grains and cells, with well dispersed nano-TiB2 particles inside the grains and rod-like nano-Si precipitates inside the cells. Both nano-TiB2 particles and nano-Si precipitates exhibited a highly coherent interface with the Al matrix, indicative of a strong interfacial bonding. The formation of this microstructure was attributed to the sequential solidification of non-equilibrium and eutectic Al-Si upon rapid cooling during SLM. As a result, the SLMed NTD-Al showed a very high ultimate tensile strength ∼530 MPa, excellent ductility ∼15.5% and high microhardness ∼191 HV0.3, which were higher than most conventionally fabricated wrought and tempered Al alloys, previously SLMed Al-Si alloys and nano-grained 7075 Al. The underlying mechanisms for this strength and ductility enhancement were discussed and a correlation between this novel microstructure and the superior mechanical properties was established. This study provides new and deep insights into the fabrication of metal matrix nanocomposites by SLM from in-situ pre-decorated composite powder.

The evolution of the current density and temperature distribution in the punch-die-sample set-up during field activated sintering (FAST), also known as spark plasma sintering or pulsed electric current sintering, was modelled by finite element calculations supported by in situ measured electrical and thermal input data. The thermal and electrical resistances induced by the contacts of the different constituent parts of the die-punch-sample set-up were assessed experimentally by comparing the in situ thermal and electrical response of three different graphite set-ups with increasing complexity during FAST heating, allowing for the differentiation of the influence of horizontal as well as vertical contact resistances. In the present investigation, graphite paper was used in all contacts to ensure good electrical and thermal contact conduction. The measured pulsed direct current (DC) input was converted into an equivalent constant DC current for finite element (FE) method calculations. This allowed the theoretical determination of the current and power needs in order to realize a preset temperature profile. Using the developed FE code, case studies with an electrical conductor (TiN) and an electrical insulator (ZrO2) were performed. In the case of a TiN sample, the radial temperature gradient in the sample was much larger compared to the temperature gradient in an electrically insulating ZrO2 sample. However, independent of the sample’s electrical properties, the proposed temperature measurement design allowed a very accurate temperature control since the temperature difference between the centre of the sample and the controlling pyrometer was always below 5 °C.

The aim was to evaluate the optical properties, mechanical properties and aging stability of yttria-stabilized zirconia with different compositions, highlighting the influence of the alumina addition, Y2O3 content and La2O3 doping on the translucency.Five different Y-TZP zirconia powders (3 commercially available and 2 experimentally modified) were sintered under the same conditions and characterized by X-ray diffraction with Rietveld analysis and scanning electron microscopy (SEM). Translucency (n=6/group) was measured with a color meter, allowing to calculate the translucency parameter (TP) and the contrast ratio (CR). Mechanical properties were appraised with four-point bending strength (n=10), single edge V-notched beam (SEVNB) fracture toughness (n=8) and Vickers hardness (n=10). The aging stability was evaluated by measuring the tetragonal to monoclinic transformation (n=3) after accelerated hydrothermal aging in steam at 134°C, and the transformation curves were fitted by the Mehl-Avrami-Johnson (MAJ) equation. Data were analyzed by one-way ANOVA, followed by Tukey's HSD test (α=0.05).Lowering the alumina content below 0.25wt.% avoided the formation of alumina particles and therefore increased the translucency of 3Y-TZP ceramics, but the hydrothermal aging stability was reduced. A higher yttria content (5mol%) introduced about 50% cubic zirconia phase and gave rise to the most translucent and aging-resistant Y-TZP ceramics, but the fracture toughness and strength were considerably sacrificed. 0.2mol% La2O3 doping of 3Y-TZP tailored the grain boundary chemistry and significantly improved the aging resistance and translucency. Although the translucency improvement by La2O3 doping was less effective than for introducing a substantial amount of cubic zirconia, this strategy was able to maintain the mechanical properties of typical 3Y-TZP ceramics.Three different approaches were compared to improve the translucency of 3Y-TZP ceramics.

Ceria-stabilized tetragonal zirconia (Ce-TZP) has become an interesting alternative for the widely used yttria-stabilized zirconia (Y-TZP), whereas efforts are needed to control its microstructure in order to improve the strength of Ce-TZP ceramics. In this work, CaO was used to co-dope Ce-TZP ceramics. More specifically, 0.2–2.0 mol% Ca(NO3)3·4H2O precursor-based CaO was used to dope 10 mol% ceria-stabilized zirconia. Sintering was performed at 1300, 1350, or 1400 °C, which is lower than the temperatures commonly applied for zirconia ceramics. The microstructure and mechanical properties were investigated and correlated, revealing that 0.2 mol% CaO-doped CeO2-stabilised zirconia sintered at 1350 °C exhibited a fully dense fine-grained tetragonal ZrO2 microstructure with high toughness (10.4 MPa m1/2) and biaxial bending strength (1210 ± 43 MPa), and a narrow strength distribution (weibull modulus of 32.5). 1.5 and 2.0 mol% CaO-doping resulted in excellent biaxial bending strength but wider strength distribution and lower fracture resistance. The homogeneously distributed Ca(NO3)3·4H2O precursor prevented cubic zirconia-phase formation for CaO-doping up to 2.0 mol%. CaO-doped (≥ 0.2 mol%) 10Ce-TZP sintered at 1350 °C also highly resisted hydrothermal degradation. Furthermore, CaO-doping enabled to make Ce-TZP ceramics as translucent as different commercially available 3Y-TZP ceramics, opening possibilities to use Ce-TZP for dental restorations.

In this research, the properties and cementitious performance of thermally activated cement pastes (referred to as DCPs) are investigated. Hydrated pastes prepared from Portland cement and slag blended cement were subjected to different thermal treatments: 350 °C for 2 h, 550 °C for 2 h, 550 °C for 24 h and 750 °C for 2 h. The properties and the reactivity as SCM of the DCPs were characterised as well as their effect on the mechanical performance and hydration of new blended cements incorporating the DCPs as supplementary cementitious materials (SCMs). It was observed that the temperature and duration of the thermal treatment increased the grindability and BET specific surface area of the DCP, as well as the formation of C2S phases and the reactivity as SCM. In contrast, the mechanical strength results for the blended cements indicated that thermal treatment at 350 °C for 2 h provided better performance. The hydration study results showed that highly reactive DCP interfered with the early hydration of the main clinker phases in Portland cement, leading to early setting and slow strength gain. The effect on blended cement hydration was most marked for binary Portland cement–DCP blends. In contrast, in the case of ternary slag cement–DCP blends the use of reactive DCP as SCM enabled to significantly increase early age strength.