Porosity evolution during sintering in cold isostatically and filter pressed compacts of nanozirconia powders

• Autorzy: Pyda W.

Warianty tytułu

PL

Ewolucja porowatości podczas spiekania wyprasek nanoproszków dwutlenku cyrkonu prasowanych izostatycznie i filtracyjnie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The nanopowders 3 mol% Y2O3-ZrO2 with different size of crystallites and degree of agglomeration were tested. Two nanopowders were obtained by a co-precipitation technique together with the controlled crystallization of the resulting sediment under hydrothermal and calcination conditions. They had a crystallite size of 8 nm and 20 nm (D111t), respectively, and showed a respective modal particle size (D50) of 7.3 nm and 1640 nm. The third submicron powder (D111t = 25 nm, D50 = 1700 nm) was of commercial origin. The nanopowders were formed by isostatic and filtration pressing, and then pressureless-sintered in the air. The basic properties of powders were characterized, and their behaviour during heat treatment was investigated in the range from room temperature to 1600 °C. Changes in phase composition, porosity, pore size and relative density as a function of temperature were determined. A significant effect of the morphology of the nanopowders on the beginning and maximum temperatures of the shrinkage of the samples as well as on the temperature at which open pores closed was found. A transient increase in the size of open pores in the sintered samples was observed, depending on the initial morphology of the nanopowders. The temperature of the beginning of the growth of the pore size and its scale was dependent on the initial pore size in the compacts, which was controlled by the crystallite size of the powder and its agglomeration state. The energy of activation of the processes responsible for the sintering shrinkage of the studied nanopowders was estimated.

PL

Badaniom poddano nanoproszki 3% mol. Y2O3-ZrO2 o zróżnicowanym rozmiarze krystalitów i stopniu zaglomerowania. Dwa nanoproszki, mające rozmiar krystalitów 8 nm i 20 nm (D111t) przy jednoczesnym modalnym rozmiarze cząstki (D50) odpowiednio 7,3 nm i 1640 nm, otrzymano techniką współstrącania wraz z kontrolowaną krystalizacją otrzymanego osadu odpowiednio w warunkach hydrotermalnych i prażenia. Trzeci submikronowy proszek (D111t = 25 nm, D50 = 1700 nm) był pochodzenia handlowego. Nanoproszki formowano drogą prasowania izostatycznego i filtracyjnego, a potem spiekano swobodnie w powietrzu. Scharakteryzowano podstawowe właściwości proszków i zbadano ich zachowanie się podczas obróbki cieplnej w zakresie od temperatury pokojowej do 1600 °C. Określono zmiany składu fazowego, porowatości, wielkości porów i gęstości względnej w funkcji temperatury. Stwierdzono istotny wpływ morfologii nanoproszków na temperatury początku i maksimum skurczu próbek, a także na temperaturę, w której wystąpiło zamykanie się porów otwartych. Zaobserwowano przejściowy wzrost rozmiaru porów otwartych w spiekających się próbkach zależny od wyjściowej morfologii nanoproszków. Temperatura początku wzrostu rozmiaru porów oraz jego skala zależne były od wyjściowego rozmiaru porów w wypraskach, który kontrolowany był przez wielkość krystalitów proszku i stan jego zaglomerowania. Oszacowano energię aktywacji procesów odpowiedzialnych za skurcz spiekania badanych nanoproszków.

Słowa kluczowe

EN

porosity evolution; pore growth; nano-zirconia; filter pressing; sintering

PL

ewolucja porowatości; rozrost porów; nanometryczny tlenek cyrkonu; prasowanie filtracyjne; spiekanie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 4
• Strony: 380--387
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Pyda W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Mayo, M. J., Hague, D. C., Chen, D.-J.: Processing Nanocrystalline Ceramics for Applications in Superplasticity, Mater. Sci. Eng. A, A166, (1993), 145–59.
• [2] Porter, D. L., Heuer, A. H.: Microstructural development in MgO-partially stabilized zirconia (Mg-PSZ), J. Am. Ceram. Soc., 62, 5-6, (1979), 298–305.
• [3] Young, S. W., Cutler, I. B.: Initial Sintering with Constant Rates of Heating, J. Am. Ceram. Soc., 53, 12, (1970), 659–663.
• [4] Haberko, K., Pyda, W.:Preparation of Ca-stabilized ZrO2 Micropowders by a Hydrothermal Method, Advances in Ceramics, vol. 12, Science and Technology of Zirconia II, Claussen. N., Rühle, M., Heuer, A.H. (eds.), The American Ceramic Society, Inc., Columbus, Ohio, (1984), 774–783.
• [5] Zych, Ł., Haberko, K.: Filter pressing and sintering of a zirconia nanopowder, J. Eur. Ceram. Soc., 26, (2006), 373–378.
• [6] Rühle, M., Heuer, A. H.: Phase Transformations in ZrO2-containing Ceramics: II, The Martensitic Reaction in t-ZrO2, Zirconia II, J. Am. Ceram. Soc., 1984.
• [7] Suresh, A., Mayo, M. J.: Crystallite and Grain-Size-Dependent Phase Transformations in Yttria-Doped Zirconia, J. Am. Ceram. Soc., 86, (2003), 360-362.
• [8] Greskovich, C., Lay, K. W.: Grain Growth in Very Porous Al2O3 Compacts, J. Am. Ceram. Soc., 55, 3, (1972), 142–146.
• [9] De Jonghe L. C., Rahaman, M. N.: Sintering of Ceramics, in Handbook of Ceramics, Vol. 1: Materials Science, Somiya, S. et al. (Eds), Elsevier Academic Press, 2003, Ch. 4, 187–264.
• [10] Lach, R., Bućko, M. M., Haberko, K., Sitarz, M., Cholewa-Kowalska, K.: From nanometric zirconia powder to transparent polycrystal, J. Eur. Ceram. Soc., 34, (2014), 4321–4326.
• [11] Zhou, Y.-C., Rahaman, M. N., Hydrothermal synthesis and sintering of ultra-fine CeO2 powders, J. Eur. Ceram. Soc., 15, (1995), 939-950.
• [12] Akash A., Mayo, M. J.: Pore Growth during Initial-Stage Sintering, J. Am. Ceram. Soc., 82, 11, (1999), 2948–52.
• [13] Exner, H. E., Müller, C.: Particle rearrangement and Pore Space Coarsening During Solid-State Sintering, J. Am. Ceram. Soc., 92, 7, (2009), 1384-90.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).