The phase stability of sintered composites in Al2O3-ZrO2-Y3Al5O12 system

• Autorzy: Lach R. , Dudek A. , Godek O. , Duszova A. , Ziąbka M. , Pędzich Z.

Warianty tytułu

PL

Stabilność fazowa spiekanych kompozytów w układzie Al2O3-ZrO2-Y3Al5O12

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In recent years the technology of manufacturing dense composite sinters with submicrometric grains in the alumina/yttria-alumina garnet (Al2O3-Y3Al5O12) system has developed. The garnet grains are very uniformly distributed in the alumina matrix due to applying special chemical methods. Such a material shows a higher hardness, comparable fracture toughness and almost a one order of magnitude lower wear susceptibility when compared to alumina sinters. The drawback of this material is its relatively low strength. This work presents the results of experiments on improving the mechanical properties of the Al2O3-Y3Al5O12 (YAG)m composite by introducing grains of another phase (tetragonal zirconia) into the alumina matrix. The sintering of such a composition demanded temperature conditions which did not exclude the possibility of yttria atom diffusion between the garnet and zirconia grains. This phenomenon strongly influenced the phase composition of the final sinters. The paper discusses the microstructure of the sinters. The influence of the starting composition and sintering conditions on the final phase composition and selected mechanical properties of sinters were investigated.

PL

W ostatnich latach opracowano technologię uzyskiwania gęstych spieków kompozytowych o submikronowym rozmiarze ziaren w układzie korund/granat glinowo-itrowy (Al2O3-Y3Al5O12), w którym ziarna granatu są niezwykle jednorodnie rozmieszczone dzięki zastosowaniu specjalnych metod chemicznych. Materiał ten cechuje się większą twardością, porównywalną odpornością na kruche pękanie oraz prawie dziesięciokrotnie mniejszym zużyciem ściernym w stosunku do spieków korundowych. Mankamentem tego tworzywa jest stosunkowo niska wytrzymałość na zginanie. Prezentowana praca przedstawia wyniki eksperymentalne prac nad poprawą właściwości mechanicznych kompozytu Al2O3-Y3Al5O12 (YAG) poprzez wprowadzenie do niego trzeciej fazy - ziaren dwutlenku cyrkonu stabilizowanego itrem. Spiekanie takiego układu przebiega w warunkach, w których możliwa jest dyfuzja itru pomiędzy ziarnami granatu i dwutlenku cyrkonu. Powoduje to trudności z utrzymaniem założonego składu fazowego tworzywa. W pracy omówiono mikrostruktury spieków. Przedstawiono także zależności pomiędzy składem fazowym i wybranymi właściwościami mechanicznymi a warunkami spiekania i składem wyjściowym kompozytów w układzie Al2O3-ZrO2-Y3Al5O12.

Słowa kluczowe

EN

sintering; mechanical properties; Al2O3; YAG; ZrO2

PL

spiekanie; właściwości mechaniczne; Al2O3; YAG; ZrO2

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 3
• Strony: 145--149
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lach R.

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

autor

Dudek A.

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

autor

Godek O.

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

autor

Duszova A.

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

autor

Ziąbka M.

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

autor

Pędzich Z.

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

Bibliografia

• [1] Palmero P., Lomello F., Fantozzi G., Bonnefont G., Alumina-YAG micro-nanocomposites: Elaboration and mechanical characterization, Ceram. Mater. 2010, 62, 533-539.
• [2] Lach R., Haberko K., Bućko M.M., Szumera M., Grabowski G., Ceramic matrix composites in the alumina/5-30 vol.% YAG system, J. Eur. Ceram. Soc. 2011, 31, 1889-1895.
• [3] Tuan W.H., Chen R.Z., Wang T.C., Cheng C.H., Kuo P.S., Mechanical properties of Al2O3/ZrO2 composites, J. Eur. Ceram. Soc. 2002, 22 (16), 2827-283.
• [4] Pyda W., Brzezińska-Miecznik J., Bucko M.M., Pędzich Z., Pyda A., 3Y-TZP/Al2O3 composites derived from zirconia nanopowders containing alumina particles incorporated in the physical or chemical way, Glass Physics and Chemistry (Fizika i Khimya Stekla) 2005, 31 (4), 554-561.
• [5] Calderon-Moreno J.M., Yoshimura M., Microstructure and mechanical properties of quasi-eutectic Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2 ternary composites rapidly solidified from melt, Mater. Sci. Eng. A 2004, 375-377.
• [6] Calderon-Moreno J.M., Yoshimura M., Effect of melt quenching on the subsolidus equilibria in the ternary system Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2, Solid State Ionics 2001, 141/142, 343-349.
• [7] Calderon-Moreno J.M., Yoshimura M., Nanocomposites from melt in the system Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2, Scr. Mater. 2011, 44, 2153-2156.
• [8] Su H., Zhang J., Cui C., Liu L., Fu. H., Rapid solidification of Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2 eutectic in situ composites by laser zone remelting, J. Cryst. Growth 2007, 307, 448-456.
• [9] Oliete P.B., Pena J.I., Larrea A., Orera V.M., LLorca J., Pastor J.Y., Ultra-high-strength nanofibrillar Al2O3-YAG-YSZ eutectics, Adv Mater. 2007, 19, 2313-2318.
• [10]Pena J.I., Larsson M., Merino R.I., de Francisco I., Orera V. M., Lorca J., Processing, microstructure and mechanical properties of directionally-solidified Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2 ternary eutectics, J. Eur. Ceram. Soc. 2006, 26, 3113-3121.
• [11] Zhang Y., Chen J., Hu L., Liu W., Pressureless-sintering behavior of nanocrystalline ZrO2-Y2O3-Al2O3 system, Mater Lett., 2006, 60, 2302-2305.
• [12] Palmero P., Naglieri V., Spina G., Montanaro L., Elaboration and mechanical characterization of Al2O3-ZrO2-YAG ultrafine composites, Adv. Sci. Technol. 2010, 65, 76-81.
• [13] Oelgardt C., Anderson J., Heinrich J.G., Messing G.L., Sintering microstructure and mechanical properties of Al2O3-Y2O3-ZrO2 (AYZ) eutectic composition ceramic microcomposites, J. Eur. Ceram. Soc. 2010, 30, 649-656.
• [14] Standard PN-EN ISO 6872:2008E.
• [15] Pędzich Z., Grabowski G., Wpływ rodzaju wtrąceń na stan naprężeń, wytrzymałość i niezawodność kompozytów ziarnistych na osnowie tlenku glinu, Kompozyty (Composites) 2007, (3), 149-154.
• [16] Garvie R.C., Hannink R.H., Pascoe R.T., Ceramic steel? Nature 1975, 258, 703-704.