Kompozyt Al₂O₃-ZrO₂ wzmocniony płatkami grafenowymi

• Autorzy: Boniecki M. , Gołębiewski P. , Wesołowski W. , Woluntarski M. , Zybała R. , Kaszyca K. , Piątkowska A. , Romaniec M. , Ciepielewski P. , Krzyżak K.

Warianty tytułu

EN

Al₂O₃-ZrO₂ composite reinforced with graphene platelets

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy zbadano wpływ płatków grafenowych na właściwości mechaniczne kompozytu o zawartości wagowej 20% Al₂O₃ - 80% ZrO₂ (stab. 3% mol. Y₂O₃). Do otrzymania próbek użyto handlowy proszek ceramiczny firmy Tosoh, tlenek grafenu (GO) otrzymany w ITME oraz grafen firmy SkySpring Nanomaterials Inc. (GN). Kompozyty otrzymano na bazie wodnych (GO) i alkoholowych (GN) mieszanin obu składników, które po wysuszeniu spiekano w piecu Astro pod jednoosiowym ciśnieniem i metodą SPS. Wykonano kompozyty o zawartości wagowej: 0; 0,1; 0,2; 0,5; 1 i 3% GO oraz 0,1% GN. Spektroskopia Ramana wykazała obecność grafenu. Stwierdzono, że w funkcji zawartości GO oraz GN: odporność na pękanie ma maksimum dla zawartości 0,1% GO i GN, wytrzymałość maleje, moduł Younga oraz twardość Vickersa utrzymują się stałe do zawartości 0,5% GO, a następnie maleją.

EN

This research addresses the effect of graphene flakes on the mechanical properties of the composite containing 20 wt. % Al₂O₃ and 80 wt. % ZrO₂ (stab. 3 mol. % Y₂O₃). The samples were made from a commercial ceramic powder produced by Tosoh, graphene oxide (GO) from ITME and graphene purchased from Skyspring Nanomaterials Inc. (GN). The obtained composites based on an aqueous (GO) and alcohol (GN) mixtures of both components were first dried and then sintered under an uniaxial pressure in an Astro furnace and in a SPS machine. The composites weight content equaled to: 0; 0.1; 0.2; 0.5; 1 and 3% of GO and 0.1% GN. Raman spectroscopy revealed the presence of graphene. It was found that as a function of the GO and GN content, the fracture toughness has a maximum for 0.1% GO and GN, the strength decreases, the Young's modulus and Vickers hardness remain constant up to 0.5% GO, and then decrease.

Słowa kluczowe

PL

ceramika; Al2O3; ZrO2; grafen płatkowy; odporność na pękanie; wytrzymałość na zginanie

EN

Al2O3; ZrO2; ceramics; graphene flakes; toughness; bending strength

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 44, nr 1
• Strony: 20--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Boniecki M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Gołębiewski P.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Wesołowski W.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Woluntarski M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Zybała R.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Kaszyca K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Piątkowska A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Romaniec M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Ciepielewski P.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Krzyżak K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

Bibliografia

• [1] Munro R. G.: Evaluated material properties for a sintered α-alumina, J. Am. Ceram. Soc., 1997, 80, 8, 1919 - 1928
• [2] Stevens R.: Zirconia and zirconia ceramics. Introduction to zirconia. Magnesium Electron Publication. 1986, 113, 56
• [3] Cutler R. A., Reynolds J. R., Jones A.: Sintering and characterization of polycrystalline monoclinic, tetragonal and cubic zirconia, J. Am. Ceram. Soc., 1992, 73[8], 2173 - 2183
• [4] Govila R. K.: Strength characterization of yttria--partially stabilized zirconia. J. Mater. Sci., 1995, 30, 2656 - 2667
• [5] Burelli M., Maschio S., Lucchini E.: Strength and toughness of alumina-zirconia ceramics under biaxial stress, J. Mater. Sci. Lett., 1997, 16, 661 - 662
• [6] Govila R. K.: Strength characterization of yttria-partially stabilized zirconia/alumina composite, J. Mater. Sci., 1993, 28, 700 - 718
• [7] Konopka K., Maj M., Kurzydłowski J. K.: Studies of the effect of metal particles on the fracture toughness of ceramic matrix composites, Materials Characterization, 2003, 51, 5, 335 - 340
• [8] Ostertag C. P.: Influence of fiber and grain bridging on crack profiles in SiC fiber-reinforced alumina-matrix composites, Mater. Sci. Eng., 1999, A 260 1 - 2, 124 -131
• [9] Bocanegra-Bernal M. H., Echeberia J., Ollo J., Garia Reyes A., Dominguez-Rios C., Reyes-Rojas A., Aguilar- Elzguezabal A.: A comparison of the effects of multi-wall and sigle-wall carbon nanotube additions on the properties of zirconia toughened alumina composites, Carbon, 2011, 49, 5, 1599 - 1607
• [10] Boniecki M., Librant Z. Wajler A.,Węglarz H., Wesołowski W., Koziński R., Librant K., Piątkowska A., Romaniec M.: Mechanika kruchego pękania ceramiki korundowej wzmocnionej płatkami grafenowymi, Materiały Elektroniczne (Electronic Materials), 2013, 41, 4, 3 - 9
• [11] Porwal H., Tatarko P., Grasso S., Khaliq J., Dlouhy I., Reece M. J.: Graphene reinforced alumina nano--composites, Carbon, 2013, 64 359 - 369
• [12] Liu J., Yan H., Jiang K.: Mechanical properties of graphene platelet-reinforced alumina ceramic composites. Ceram. Int., 2013, 39, 6215 - 6221
• [13] Chen Y. - F., Bi J. - Q., Yin Ch. - L, You G. - L.: Microstructure and fracture toughness of graphene nanosheets/alumina composites, Ceram. Int., 2014, 40, 13883 - 13889
• [14] Shin J - H., Hong S. - H.: Fabrication and properties of reduced graphene oxide reinforced yttria-stabilized zirconia composite ceramics, J. Eur. Ceram. Soc., 2014, 34, 1297 - 1302
• [15] Liu J., Yan H., Reece M. J., Jiang K.: Toughening of zirconia/alumina composites by the addition of graphene platelets, J. Eur. Ceram. Soc., 2012, 32, 4185 - 4193
• [16] Kvetkova L., Duszova A., Hvizdos P., Dusza J., Kun P., Balazsi C.: Fracture toughness and toughening mechanisms in graphene platelet reinforced Si3N4 composites, Scripta Materialia, 2012, 66, 793 - 796
• [17] Boniecki M., Librant Z., Wesołowski W. i inni: Właściwości mechaniczne ceramiki Y2O3 wzmocnionej płatkami grafenowymi, Materiały Elektroniczne (Electronic Materials) 2015, 43, 3, 15 - 24
• [18] Fett T., Munz D.: Subcritical crack growth of macrocracks in alumina with R-curve behaviour, J. Am. Ceram. Soc., 1992, 75, 4, 958 - 963
• [19] Anstis G. R., Chantikul P., Lawn B. R., Marshall D. B.: A critical evaluation of indentation techniques for measuring fracture toughness: I. Direct crack measurements. J. Am. Ceram. Soc., 1981, 64, 9, 533 - 538

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).