Nanokompozyty cyrkoniowe otrzymane z proszku zawierającego TiC krystalizowany in situ i węgiel

• Autorzy: Pyda A.

Warianty tytułu

EN

Zirconia nanocompozites obtained from the powder containing TiC crystallized in situ and carbon

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Reakcja pomiędzy węglem i jonami tytanu pochodzącymi z roztworu stałego z dwutlenkiem cyrkonu została wykorzystana do wytworzenia in-situ wtrąceń TiC w proszkach i gęstych materiałach cyrkoniowych. Proszek zawierający 1,5% mol. Y2O3, 18% mol. TiO2 i 80,5% mol. ZrO2) który otrzymano metodą współstrącania i prażenia, mieszano z żywicą fenolowo-formaldehydową w proporcji zapewniającej 200% nadmiar węgla w układzie w stosunku do stechiometrii reakcji karbotermicznej redukcji TiO2. Mieszaninę ogrzewano przez 2 godz. w 1500 stopniach C w argonie. Powstały w ten sposób proszek kompozytowy składał się głównie z fazy roztworu stałego ZrO2 o symetrii tetragonalnej i jednoskośnej i zawierał 9% wag. TiC oraz nie przereagowany węgiel. Mieszanina proszku kompozytowego i wyjściowego (25/75% wag.) została użyta do przygotowania materiałów kompozytowych w procesie spiekania swobodnego w atmosferze argonu. Spieczone tworzywa składały się głównie z fazy tetragonalnej i jednoskośnej i zawierały dwie morfologicznie zróżnicowane populacje nanometryczanych wtrąceń TiC: owalne i wydłużone. Dyskusji poddano rolę wakancji tlenowych w procesie tworzenia się wydłużonych wtrąceń TiC in-situ. Uzyskano poprawę twardości i odporności na pękanie tworzyw cyrkoniowych.

EN

The reaction between carbon and titanium originated from zirconia solid solution was used to produce TiC inclusions in-situ in zirconia powders and dense materials. The co-precipitated powder composed of 1.5 mol% Y2O3, 18 mol% TiO2 and 80.5 mol% ZrO2 was mixed with phenolformaldehyde resin in amount giving 200% excess of carbon in terms of the stoichiometry of the carbothermal reduction of TiO2. The mixture was heated for 2 hrs at 1500 Celsius degrees in argon. The resultant composite powder was composed mainly of tetragonal and monoclinic phases and contained 9 wt% TiC and non-reacted carbon. The mixture of the composite powder and the original one (25/75 wt%) was used to prepare composite materials by means of pressureless sintering in argon. The sintered bodies were composed mainly of tetragonal and monoclinic phase and contained nanocrystalline TiC inclusions which showed two different morphologies: oval and elongated. The role of oxygen vacancies in the in-situ formation of the elongated TiC inclusions was discussed. Improvement of the characteristics of the zirconia materials was obtained.

Słowa kluczowe

PL

nanokompozyty cyrkoniowe

EN

zirconia nanocompozites

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2002
• Tom: R. 54, nr 4
• Strony: 151--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Pyda A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki Specjalnej

Bibliografia

• [1] Claussen, N.. Weiskopf, K. and Ruble, M., Tetragonal zirconia rystals reinforced vvitli SiC whiskers. J. Am. Ceram. Soc.,(1986)288-92.
• [2] Poorteman, M., Descamps, P., Cambier, F., Leriche, J. and ry. B., Hot isostating pressing of SiC-platelets/Y-TZP. J. reram. Soc., 12 (1993) 103-109.
• [3] Lin, G.Y., Lei, T. C., Wang, S. X. and Zhou, Y, Microstructure mechanical properties of SiC whisker reinforced Zr02 (2 > Y203) based composites. Ceramics International, 22 (1996)199-205.
• [4] Ding, Zh., Oberacker, R. and Thummler, F., Microstructure and mechanical properties of yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystals (Y-TZP) containing dispersed silicon carbide particles. Eur. Ceram. Soc., 12 (1993) 377-383.
• [5] Haberko, K. Pędzich, Z., Róg. G., Bućko, M. M. and Faryna, 'M The TZP matrix - WC particulate composites. Eur. J. Solid Inorg. Chem.. 32 (1995) 593-601.
• [6] Pedzich, Z., Haberko, K., Piekarczyk, J., Faryna, M. and Lityńska L., Zirconia matrix -tungsten carbide particulate compos- nanufactured by hot-pressing technique. Mater. Lett., 36 !) 70-75.
• [7] Pędzich, Z., Haberko. K., Babiarz, J. and Faryna, M., The TZP- chromium oxide and chromium carbide composites. J. Eur. Ce- Soc.. 18(1998) 1939-1944.
• [8] Fakuhara, M., Properties of (Y)Zr02-Al203-(Ti or Si)C C0mposite. J. Am. Ceram. Soc.. 72 [2] (1989) 236-42.
• [9] Vleugels J., Van Der Biest O., ZrCL-TiX Composites. In Key leering Materials Volumes 132-136, Part 3, Trans Tech cations, Switzerland, (1997) pp. 2064-2067.
• [10] Pyda, W., TiC inclusions synthesized in situ in the zirconia matrix. In Proceedings of the 2nd International Conference on Composite Science and Technology, ed. S.Adali. E.V.Morozov and V.E.Verijenko, Department of Mechanical Engineering, University of Natal, Durban, 1998, pp. 195-200.
• [11] Haberko, K., Pyda. W., Pędzich. Z., Bućko, M.M., A TZP matrix composite with in situ grown TiC inclusions. J. Eur. Ceram. Soc., 20 (2000) 2649-2654.
• [12] Róg, G., Thermodynamics of the reaction of the carbide and nitride formation in the Zr02 -Y203 -TiO: s.s. at different atmospheres. In Particulate Composites with Zr02 Matrix, Report for the Polish Committee of Scientific Research, grant no. PB/964/7/91, Department of Materials Science and Engineering, University of Mining and Metallurgy, Cracow. 1994, chapter II.
• [13] Porter. D. L., Heuer, A. H., Microstructural development in MgO-partially stabilised zirconia (Mg-PSZ), J.Am. Ceram. Soc., 62 [5-6] (1979) 298-305.
• [14] Niihara, K. A., A fracture mechanics analysis of indentation- induced Palmqvist crack in ceramics, J. Mater. Sci. Lett., 2 (1983) 221
• [15] JCPDC-ICDD card no. 32-1383.
• [16] Fryt, E. M„ Defect mobility in TiC1-x at high temperatures. Solid State Ionics. 101-103 (1997) 437-443.
• [17] Haberko, K.. Wajler, A., Bucko, M.M.. Pędzich. Z., Faryna. M.. Pyda, W., Piekarczyk. J., Effect of carbon treatment on surface hardening of TiY-TZP. Ceramics International, 28 (2002) 553- 556.