Microstructure and hardness of Al2O3-ZrO2-Ti composites

• Autorzy: Rozbiegała E. , Miazga A. , Lada P. , Zygmuntowicz J. , Konopka K.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i twardość kompozytów Al2O3-ZrO2-Ti

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was to fabricate Al2O3-ZrO2-Ti composites by slip casting and to analyse the influence of a pure titanium addition on the microstructure and density of the composites. For this purpose, two groups of samples were prepared by slip casting, with and without titanium. Experiments were performed using the samples: Al2O3 + 10 vol.% ZrO2 and Al2O3 + 10 vol.% ZrO2 + 10 vol.% Ti. The composites were characterized by XRD and SEM. Moreover, the density was measured using the Archimedes method. The hardness was measured as well. The obtained composites had a homogeneous microstructure and high relative density. It was found that a phase transformation in ZrO2 occurred. The titanium content as a ductile phase can slightly reduce the Vickers hardness of the composites.

PL

Celem pracy było wytworzenie kompozytów Al2O3-ZrO2-Ti metodą odlewania z mas lejnych (slip-casting) oraz analiza wpływu dodatku czystego tytanu na mikrostrukturę i gęstość kompozytów. Przygotowano dwa zestawy próbek, różniących się brakiem lub obecnością dodatku tytanu: Al2O3 + 10% obj. ZrO2 oraz Al2O3 + 10% obj. ZrO2 + 10% obj. Ti. Wytworzone kompozyty charakteryzowano za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej. Zagęszczenie kompozytów wyznaczono metodą Archimedesa, natomiast twardość zmierzono metodą Vickersa. W badanych kompozytach otrzymano jednorodną mikrostrukturę oraz wysokie zagęszczenie. Zauważono również obecność przemiany fazowej zachodzącej w dwutlenku cyrkonu. Dodatek fazy plastycznej w postaci tytanu nieznacznie obniżył gęstość oraz twardość badanych kompozytów.

Słowa kluczowe

EN

ZTA composites; titanium; slip-casting method

PL

kompozyty ZTA; tytan; metoda slip-casting

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 18, nr 1
• Strony: 57--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rozbiegała E.

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

autor

Miazga A.

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

autor

Lada P.

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

autor

Zygmuntowicz J.

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

autor

Konopka K.

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

Bibliografia

• [1] Kurtz S.M., Kocagöz S., Arnholt C., Huet R., Ueno M., Walter W.L., Advances in zirconia toughened alumina biomaterials for total joint replacement, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 2014, 31, 107-116.
• [2] Claussen N., Fracture Toughness of Al2O3 with an unstabilized ZrO2 dispersed phase, J Am. Cer. 1976, 59 (1), 49-51.
• [3] Claussen N., Ruhle M., Heuer A.H., Advances in ceramics science and technology of zirconia II, Am. Ceram. Soc. 1984, 12.
• [4] Pezzotti G., Alumina-Zirconia Composites for Joint Replacement, Advanced Materials for Joint Implants, CRC Press, 2013, 207-266.
• [5] Exare C., Kiat J. M., Guiblin N., Porcher F., Petricek V., Structural evolution of ZTA composites during synthesis and processing, J. Eur. Ceram. Soc. 2015, 35(4), 1273-1283.
• [6] Ruhle M., Claussen N., Heuer A.H., Transformation and microcrack toughening as complementary process in ZrO2 - toughened Al2O3 , J. Am. Ceram. Soc. 1986, 69(3), 195-197.
• [7] Bartolomé J.F., Gutiérrez-González C. F., Torrecillas R., Mechanical properties of alumina-zirconia-Nb micro-nanohybrid composites, Compos. Sci. Technol. 2008, 68(6), 1392-1398.
• [8] Smirnov A.J., Bartolomé F., Kurland H. D., Grabow J., Müller F.A., Faber K., Design of a new zirconia-alumina-Ta micro-nanocomposite with unique mechanical properties, Journal of the American Ceramic Society 2016, 99(10), 3205-3209.
• [9] Boyer R., Collings E.W., Welsch G., Materials Properties Handbook: Titanium Alloys, ASM International, 1994, 125.
• [10] Watanabe I., Wataha J.C., Lockwood P.E., Shimizu H., Cai Z., Okabe T., Cytotoxicity of commercial and novel binary titanium alloys with and without a surface-reaction layer, Journal of Oral Rehabilitation 2004, 31(2), 185-189.
• [11] Okabe T., Hero H., The use of titanium in dentistry, Cells and Materials 1995, 5(2), 211-230.
• [12] Lin K.L., Lin C.C., Reaction between titanium and zirconia powders during sintering at 1500°C, J. Am. Ceram. Soc. 2007, 90(7), 2220-2225.
• [13] Gutiérrez-González C.F., Bartolomé J. F., Damage tolerance and R-curve behavior of Al2O3-ZrO2-Nb multiphase composites with synergistic toughening mechanism, J. Mater. Res. 2008, 23(2), 570-578.
• [14] Teng L.D., Li W.C., Wang F.M., Effect of Ti content on the martensitic transformation in zirconia for Ti-ZrO2 composites, J. Alloy Compd. 2001, 319, 228-232.
• [15] Łada P., Falkowski P., Miazga A., Konopka K., Szafran M., Fabrication of ZrO2-Ti composites by slip casting method, Archives of Metallurgy and Materials 2016, 61(2), 1095-1100.
• [16] Lyckfeldt O., Ferreira J.M.F., Colloidal processing of alumina with MgO additions, Key Engineering Materials 1997, 132, 313-316.
• [17] Lyckfeldt O., Pompe R., Lidén E., Fabrication of nitrided pressureless sintered (NPS) silicon nitride by slip casting, Euro-Ceramics, 1993, 2, 735-739.
• [18] Zygmuntowicz J., Falkowski P., Miazga A., Konopka K., ZrO2-Ni composites - properties and characterization, Composites Theory and Practice 2016, 16, 4, 249-254.
• [19] Elezz M.A., Kern F., Gadow R., Manufacturing of ZTA composites for biomedical applications, Int. Conf. Eng. Technol. ICET 2012 - Conf. Bookl. 2012, 10-14.
• [20] Exare C., Kiat J.M., Guiblin N., Petricek V., Mechanical properties of ZTA: Correlation with structural properties and influence of ageing, J. Ceram. 2016, 1-7.
• [21] Wang J., Stevens R., Review Zirconia-toughened alumina (ZTA) ceramics, J. Mater. Sci. 1989, 24, 3421-3440.
• [22] Popat K.C., Desai T.A., Clases of materials used in medicine: alumina, Biomaterials Science 2013, 162-166.
• [23] Moazzan Hossen M., Chowdhury F.U.Z., Gafur M.A., Hossen M.B., Hakim M.A., Effect of zirconia substitution on structural and mechanical properties of ZTA composites, IOSR J. Mech. Civ. Eng. 2014, 11(2), 1-7.
• [24] Lada P.M., Lewandowska D., Miazga A., Konopka K., Mechanical properties of ZrO2-Ti composite system, Compos. Theory Pract. 2017, 17, 3-8.

Uwagi

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