In situ cerium hexaaluminate platelets reinforcement of ED-machinable ZTA-TiC ceramics

• Autorzy: Gommeringer A. , Schmitt-Radloff U. , Kern F. , Gadow R

Warianty tytułu

PL

Wzmocnienie w postaci płytek sześcioglinianu ceru powstających in situ w elektroerozynie obrabialnej ceramice ZTA -TiC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electrical discharge machinable ceramics open new applications fields by combining good mechanical properties such as high strength, hardness, abrasion resistance and high temperature resistance with the possibility to produce complex shape customized components. Alumina based ceramics with dispersions of zirconia and a conductive refractory carbide offer enhanced hardness and abrasion resistance compared to other ED-machinable ceramics based on silicon nitride or Y-TZP based compounds, however only a moderate toughness. In the present study cerium hexaaluminate (CA6) platelets were introduced in the material system of zirconia toughened alumina with 24 vol.% titanium carbide by in situ reaction sintering to further improve the fracture resistance. With addition of CA6 the fracture resistance and strength increases while hardness and electrical conductivity were incrementally reduced. CA6 addition leads to a slight reduction in material removal rate in die sinking EDM and reduction of roughness in machined surfaces.

PL

Elektroerozyjnie obrabialna ceramika otwiera nowe pola zastosowań poprzez połączenie dobrych właściwości mechanicznych takich jak wysoka wytrzymałość, twardość, odporność na ścieranie i wysoka odporność temperaturowa z możliwością wytwarzania złożonego kształtu komponentów stosownie do wymagań klienta. Ceramika oparta na tlenku glinu zawierająca dyspersje tlenku cyrkonu i przewodzącego węglika ogniotrwałego oferuje podwyższoną twardość i odporność na ścieranie w porównaniu z pozostałą ceramiką obrabialną elektroerozyjnie opartą na azotku krzemu lub Y-TZP, ale jedynie umiarkowaną odporność na pękanie. W prezentowanych badaniach do układu materiałowego tlenku glinu wzmocnionego tlenkiem cyrkonu zawierającego 24% obj. węglika tytanu wprowadzono płytki sześcioglinianu ceru (CA6) drogą in situ spiekania reakcyjnego, aby poprawić odporność na pękanie. Wraz z dodatkiem CA6 zwiększyły się odporność na pękanie i wytrzymałość, podczas gdy twardość i przewodność elektryczna zostały przyrostowo zredukowane. Dodatek CA6 prowadzi do nieznacznego zmniejszenia szybkości usuwania materiału w trakcie elektrodrążenia wgłębnego EDM i redukcji chropowatości obrabianej powierzchni.

Słowa kluczowe

EN

zirconia; alumina; electrical discharge machining; platelet; cerium hexaaluminate

PL

ZrO2; α-Al2O3; obróbka elektroerozyjna; wtrącenie płytkowe; szcześcioglinian ceru

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 1
• Strony: 4--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Gommeringer A.

• Institute for Manufacturing Technologies of Ceramic Components and Composites (IFKB), University of Stuttgart, Allmandring 7b, 70569 Stuttgart, Germany

autor

Schmitt-Radloff U.

• Institute for Manufacturing Technologies of Ceramic Components and Composites (IFKB), University of Stuttgart, Allmandring 7b, 70569 Stuttgart, Germany

autor

Kern F.

• Institute for Manufacturing Technologies of Ceramic Components and Composites (IFKB), University of Stuttgart, Allmandring 7b, 70569 Stuttgart, Germany

autor

Gadow R

• Institute for Manufacturing Technologies of Ceramic Components and Composites (IFKB), University of Stuttgart, Allmandring 7b, 70569 Stuttgart, Germany

Bibliografia

• [1] Evans, A. G.: Perspective on the Development of High-Toughness Ceramics, J. Am. Ceram. Soc., 73, (1990), 187-206.
• [2] Chen, P.-L., Chen, I.-W.: In-Situ Alumina/Aluminate Platelet Composites, J. Am. Ceram. Soc., 75, (1992), 2610-2612.
• [3] Guo, R., Guo, D., Chen, Y., Yang, Z., Yuan, Q.: In situ formation of LaAl11O18 rodlike particles in ZTA ceramics and effect on the mechanical properties, Ceram. Inter., 28, (2002), 699-704.
• [4] Claussen, N.: Fracture Toughness of Al2O3 with an Unstabilized ZrO2 Dispersed Phase, J. Am. Ceram. Soc., 59, (1976), 49-51.
• [5] Kishino, J., Nishiyama, A., Sakuma, T.: Mechanical properties of sinter-forged Al2O3-ZrO2 ceramics, J. Mater. Sci., 31, (1996), 4991-4995.
• [6] Landfried, R., Kern, F., Burger, W., Leonhardt, W., Gadow, R.: Wire-EDM of ZTA-TiC composites with variable content of electrically conductive phase, Key Eng. Mater., 504-506, (2012), 1165-1170.
• [7] Landfried, R., Kern, F., Burger, W., Leonhardt, W., Gadow, R.: Development of Electrical Discharge Machinable ZTA Ceramics with 24 vol% of TiC, Int. J. Ceram. Technol.TiN, TiCN, TiB2 and WC as Electrically Conductive Phase, , 10, 3, (2013), 509-518.
• [8] Akin, I., Yilmaz, E., Sahin, F., Yucel, O., Goller, G.: Effect of CeO2 addition on densification and microstructure of Al2O2-YSZ composites, Cer. Int., 37, (2011), 3273-3280.
• [9] Kern, F.: Effect of In Situ-Formed Cerium Hexaaluminate Precipitates on Properties of Alumina -24 Vol% Zirconia (1.4Y) Composites, J. Ceram. Sci. Tech., 4, (2013), 177-186.
• [10] Gregori, G., Burger, W., Sergo, V.: Piezo-spectroscopic analysis of the residual stresses in zirconia-toughenend alumina ceramics: the influence of the tetragonal-to-monoclinic transformation, Mater. Sci. Eng., A271, (1999), 401-406.
• [11] Rejab, N. A., Azhar, A. Z. A., Ratnam, M. M., Ahmad, Z. A.: The relationship between microstructure and fracture toughness of zirconia toughened alumina (ZTA) added with MgO and CeO2, Int. J. Refr. Metals Hard Mater., 41, (2013), 522-530.
• [12] Toraya, H., Yoshimura, M., Somiya, S.: Calibration Curve for Quantitative Analysis of the Monoclinic-Tetragonal ZrO2 System by X-Ray Diffraction, Communications of the American Ceramic Society C, (1984), 119-121.
• [13] McMeeking, R. M., Evans, A. G.: Mechanics of Transformation-Toughening in Brittle Materials, J. Am. Ceram. Soc., 65, (1982), 242-246.
• [14] Swain, M. V.: Grain-size dependence of toughness and transformability of 2 mol% Y-TZP ceramics, J. Mater. Sci. Lett., 5, (1986), 1159-1162.
• [15] Kosmac, T., Wagner, R., Claussen, N.: X-Ray Determination of Transformation Depths in Ceramics Containing Tetragonal ZrO2, Com. Am. Ceram. Soc., 64, (1981), 72-73.
• [16] He, M.-Y., Hutchinson, J. W.: Kinking of a Crack Out of an Interface, J. Appl. Mechanics, 56, (1989), 270-278.

Uwagi

PL

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