ZrO2-Ni composites : properties and characterization

• Autorzy: Zygmuntowicz J. , Falkowski P. , Miazga A. , Konopka K.

Warianty tytułu

PL

Kompozyty ZrO2-Ni : właściwości i charakterystyka

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In recent years dynamic progress has been seen in almost all areas of engineering materials. It has contributed to the development of new, innovative materials such as composite materials. Nowadays, a great deal of research is focused on ceramic/metal composites due to their potential to be used in many applications. An example of such a material is ZrO2-Ni composites. This paper describes ZrO2-Ni composites formed by uniaxial pressing and sintering in an argon atmosphere. The microstructure, selected physical and mechanical properties such as hardness, fracture toughness and the biaxial strength of the composites were investigated. The sintered composites had a relative density close to 99% of the theoretical density. The distribution of the component phases was uniform. It was found that the presence of Ni particles affects the mechanical properties of the ZrO2 matrix. It was also revealed that the composites exhibit a lower bending strength than ceramic materials obtained under the same conditions. The composites show a decrease in hardness in regard to the hardness of monolithic ZrO2. The presence of Ni particles in the composites causes dissipation of propagating crack energy, which results in an increased fracture toughness value measured for ZrO2-Ni composites in comparison to the value obtained for monolithic zirconia.

PL

Dynamiczny postęp, jaki miał miejsce w ostatnich latach, widoczny jest praktycznie w każdym obszarze inżynierii materiałowej. Przyczynił się on do opracowania nowych materiałów, takich jak materiały kompozytowe. Obecnie, wiele badań dotyczy kompozytów ceramika/metal ze względu na ich duży potencjał aplikacyjny. Przykładem materiału z tej grupy jest kompozyt ZrO2-Ni. W artykule opisano kompozyty o osnowie tetragonalnego tlenku cyrkonu z dodatkiem niklu formowane na drodze prasowania jednoosiowego oraz spiekane w atmosferze argonu. W pracy opisano mikrostrukturę, wybrane właściwości fizyczne oraz właściwości mechaniczne, takie jak: twardość i odporność na kruche pękanie oraz wytrzymałość mechaniczną na zginanie otrzymanych spieków. Otrzymane spieki charakteryzowały się gęstością względną na poziomie 99% gęstości teoretycznej oraz jednorodnym rozmieszczeniem obu faz w mikrostrukturze kompozytu. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono wpływ cząstek Ni na właściwości mechanicznych ZrO2. Stwierdzono, że kompozyty wykazują niższą wytrzymałość na zginanie niż materiały ceramiczne uzyskiwane w tych samych warunkach. Kompozyty wykazują spadek twardości w odniesieniu do twardości monolitycznego ZrO2. Obecność Ni w kompozytach prowadzi do rozpraszania energii pęknięcia, co powoduje wzrost wartości odporności na kruche pękanie kompozytów ZrO2-Ni w porównaniu do wartości uzyskanych dla monolitycznego ZrO2.

Słowa kluczowe

EN

composites ZrO2-Ni; uniaxial pressing; mechanical properties

PL

kompozyty ZrO2-Ni; prasowanie jednoosiowe; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 4
• Strony: 249--254
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zygmuntowicz J.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Falkowski P.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Miazga A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Konopka K.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Santos R.L.P., Buciumeanu M., Silva F.S., Souza J.C.M., Nascimento R.M., Motta F.V., Carvalho O., Henriques B., Tribological behaviour of glass-ceramics reinforced by Yttria stabilized zirconia, Tribology International 2016, 102, 361-370.
• [2] Stachowiak G.B., Stachowia G.W., Evans P., Wear and friction characteristics of ion-implanted zirconia ceramics, Wear 2000, 241, 220-227.
• [3] Fabris D., Souza J.C.M., Silva F.S., Fredel M., Mesquita-Guimarães J., Zhang Y., Henriques B., The bending stress distribution in bilayered and graded zirconia-based dental ceramics, Ceramics International 2016, 42, 11025-11031.
• [4] Kizaki T., Sugita N., Mitsuishi M., Experimental analysis of the machinability in the thermally assisted milling process of zirconia ceramics, Precision Engineering 2016, 45, 176-186.
• [5] Ajayan P.M., Schadler L.S., Braun P.V., Nanocomposites Science and Technology, Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2003.
• [6] Manicone P.F., Iommetti P.R., Raffaelli L., An overview of zirconia ceramics: Basic properties and clinical applications, Journal of Dental Research 2007, 35, 819-826.
• [7] Gupta T.K., Bechtold J.H., Kuznicki R.C., Cadoff L.H., Rossing B.R., Stabilization of tetragonal phase in polycrystalline zirconia, Journal of Materials Science 1977, 12(12), 2421-6.
• [8] Tuan W.H., Liu S.M., Ho Ch.J., Biaxial strength of a ZrO2 /(Ni+Al2O3 ) nanocomposite, Journal of the American Ceramic Society 2006, 89(2), 754-758.
• [9] Pecharroman C., Lopez-Esteban S., Bartolome J.F., Moya J.S., Evidence of nearest-neighbor ordering in wetprocessed zirconia-nickel composites, Journal of the American Ceramic Society 2001, 84(10), 2439-2441.
• [10] Morales-Rodriguez A., Bravo-Leon A., Dominguez-Rodriguez A., Lopez-Esteban S., Moya J.S., Jimenez-Melendo M., High-temperature mechanical properties of zirconia/nickel composites, Journal of the European Ceramic Society 2003, 23, 2849-2856.
• [11] Taun W.H., Brook R.J., The toughening of alumina with nickel inclusions, Journal of the European Ceramic Society 1990, 6, 31-37.
• [12] Hannink R.H.J., Kelly P.M., Muddle B.C., Transformation toughening in zirconia-containing ceramics, Journal of the American Ceramic Society 2000, 83(3), 461-487.
• [13] Zhang D., Zhang L., Fu Z., Guo J., Tuan W.H., Differential sintering of Al2O3/ZrO2-Ni composite, during pulse electric current sintering, Ceramics International 2006, 32, 241-247.
• [14] Morales-Rodriguez A., Bravo-Leon A., Richter G., Ruhle M., Dominguez-Rodriguez A., Jimenez-Melendo M., Influence of oxidation on the high-temperature mechanical properties of zirconia/nickel cermets, Scripta Materialia 2006, 54, 2087-2090.
• [15] Moy J.S., Lopez-Esteban S., Pecharroman C., Bartolome J.F., Mechanically stable monoclinic zirconia-nickel composite, Journal of the American Ceramic Society 2002, 85(8), 2119-2121.
• [16] Shetty D.K., Rosenfield A.R., McGuire P., Bansal G.K., Duckworth W.H., Biaxial flexure tests for ceramics, American Ceramic Society Bulletin 1980, 59, 551-553.
• [17] Gijsbertus de With, Wagemans H.M., ball-on-ring test revisited, Journal of the American Ceramic Society 1989, 72, 1538-1541.
• [18] Chae S.H., Zhao J.H., Edwards D.R., Ho P.S., Verification of ball-on-ring test using finite element analysis, Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems 2016, 1-6.
• [19] Niihara K., A fracture mechanics analysis of indentation, Journal of Materials Science Letters 1983, 2, 221-223.

Uwagi

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