Spiekanie i mikrostruktura dwutlenku cyrkonu stabilizowanego wapniem i itrem

• Autorzy: Bućko M.M. , Morgiel J.

Warianty tytułu

EN

Sintering and microstructure of yttria and calcia stabilized zirconia

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem prezentowanej pracy było określenie wpływu składu chemicznego roztworów stałych dwutlenku cyrkonu zawierających itr oraz wapń na spiekalność nanoproszków oraz zmiany mikrostrukturalne. Sporządzono trzy serie nanoproszków zawierających nominalnie 8, 10 oraz 12% molowych wakancji tlenowych. Odpowiedni poziom wakancji w danej serii realizowany był poprzez wprowadzenie do sieci dwutlenku cyrkonu odpowiednio zmiennych ilości tlenków itru i wapnia. Proszki te były spiekane swobodnie w temperaturach zależnych od ich składów chemicznych. Obserwacje mikroskopowe wykazały, że wielkości ziaren w spiekach były kontrolowane poziomem tlenku wapnia w roztworze stałym. Już niewielka zamiana Y2O3 itru na CaO prowadziła do znaczącego wzrostu średnich wielkości ziaren a także do wzrostu rozrzutu tych wielkości. W tworzywach stabilizowanych jedynie tlenkiem itru obserwowano typowe wzbogacenie granic międzyziarnowych w itr. Częściowa zamiana tlenku itru na tlenek wapnia skutkowała silną segregacją wapnia na granicach międzyziarnowych oraz brakiem tego efektu w przypadku itru. W materiałach zawierających tylko CaO, oprócz wzmożonej segregacji wapnia na granicach międzyziarnowych, widoczne są również kilkunanometrowe strefy wzdłuż granic międzyziarnowych wzbogacone w wapń.

EN

The aim of the present work was to investigate an effect of yttria and calcia additions to zirconia solid solutions both on the powder sinterability and microstructure of sintered bodies. Three series of the samples, which contained nominally 8, 10 or 12 % oxygen vacancies, were prepared by introducing yttria and calcia to zirconia in the appropriate proportions. The powders were pressureless sintered at temperatures depended on their chemical composition. Microstructural observations indicated that the grain size in the sintered samples was controlled by the amount of calcia in zirconia solid solution. A small exchange of yttria for calcia led to the significant grain growth and to the increased of the grain size dispersion. The TEM/EDS investigations showed the typical enrichment of the grain boundaries by yttrium in the zirconia material stabilized with yttria. The exchange of yttria for calcia caused the strong calcium segregation and remained yttrium without segregation at the grain boundaries. In the sample stabilized only with calcia, the additional wide areas along the grain boundary with calcium content higher than that in the grain interior were observed.

Słowa kluczowe

PL

dwutlenek cyrkonu; tlenek itru; tlenek wapnia

EN

zirconia; yttria; calcia

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 58, nr 4
• Strony: 131--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Bućko M.M.

autor

Morgiel J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] M.M.Bućko, lonic conductivity of CaO-Y203-Zr02 materials with constant oxygen vacancy concentration, J. Eur. Ceram. Soc. 24(2004)1305-1308.
• [2] M.M.Bućko, Przewodnictwo jonowe w dwutlenku cyrkonu stabilizowanym tlenkami itrui lantanu, w Ceramika 80, Polski Biuletyn Ceramiczny, Polska Akademia Nauk, Prace Komisji Nauk Ceramicznych, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków 2003, str. 523-528.
• [3] M.M.Bućko, Some structural aspects of ionic conductivity of yttria and calcia stabilised zirconia, Mat. Sci. Poi. 24 (2006) 39-44.
• [4] J.A.Auemann, B.Michel, H.B.Marki, J.L.Gauckler, E.M.Moser, Grain growth of differently doped zirconias, J. Eur. Ceram. Soc. 15(1995)951-958.
• [5] W.Pyda, Micropowders for the Ca-TZP materials - the role of solution pH during hydrothermal crystallisation, Buli. Poi. Ac. 47(1999)397-409.
• [6] M.M.Bućko, W.Pyda, A.Pyda, ZrO2-CaO-Y2O3 nanopowders with constant oxygen vacancy concentration, w Proceedings of the Tenth CIMTEC World Ceramics Congress vol.III, wyd. P.Vinzencini, Faenza Editrice, Faenza, 2003, str. 563-570.
• [7] K.Haberko, W.Pyda, M.Bućko, Hydrothermal crystallization of zirconia and zirconia solid solutions, J. Amer. Ceram. Soc. 74 (1991)2622-2629.
• [8] I.G.Lee, L.W.Chen, Sintering and grain growth in tetragonal and cubic zirconia, w Sintering '87, wyd. S.Somiya, Elsevier Applied Science, London, 1988, str. 340-345.
• [9] G.S.A.M.Theunissen, A.J.A.Winnubst, A.J.Burggraaf, Segregation aspects in the ZrO2-Y2O3 ceramic system, J. Mater. Sci. Lett. 8(1989)55-57.
• [10] J.W.Cahn, The impuritydrag effect in grain boundary motion, Acta Metall. 10 (1962) 789-798.
• [11] S.L.Hwang, L.W.Chen, Grain size control of tetragonal zirconia polycrystals using the space charge concept, J. Amer. Ceram. Soc. 73 (1990) 3269-3277.
• [12] F.F.Lange, D.B.Marshall, J.R.Porter, Controlling microstructu- res through phase partitioning from metastable precursor: the ZrO2-Y2O3 system, w Ultrastructure Processing of Advanced Ceramics, wyd. J.D. MacKenzie i D.R. Ulrich, J. Wiley and Sons, New York, 1988, str. 519-532.
• [13] T.Stoto, M.Nauer C.Carry, Influence of residual impurities on phase partitioning and grain growth process of Y-TZP materials, J.Amer. Ceram. Soc. 74 (1991) 2615-2621
• [14] C.D.Sagel-Ransji, A.J.A.Winnubst, A.J.Burggraaf, H.Verweij, Grain growth in ultrafine-grained Y-TZP ceramics, J. Eur. Ceram. Soc. 17 (1997) 1133-1141.
• [15] A.Dominguez-Rodriguez, D.Gomez-Garcia, C.Lorenzo-Martin, A.Munoz-Barnabe, Influence of the yttrium segregation at grain boundaries in the superplasticity of yttria tetragonal polycrystals, J. Eur. Ceram. Soc. 23 (2003) 2969-2973.
• [16] F.F.Lange, Transformation-toughened ZrO2: correlation between grain size control and composition in the system ZrO2-Y2O3, J. Am. Ceram. Soc. 69 (1986) 240-242 .
• [17] M.J.Verkerk, B.J.Middelhuis, A.J.Burggraaf, Effect of grain boundaries on the conductivity of high-purity ZrO2-Y2O3 ceramics, Solid State Ionics 6 (1982) 159-170.
• [18] X.Guo, R.Z.Yuan, On the grain boundaries of ZrO2-based electrolyte, Solid State Ionics 80 (1995) 159-166.
• [19] M.Aoki, Y.M.Chiang, I.Kosacki, L.J.R.Lee, H.Tuller, Y.Liu, Solute segregation and grain-boundary impedance in high-purity stabilized zirconia, J. Amer. Ceram. Soc. 79 (1996) 1169-1180.
• [20] G.S.A.M.Theunissen, A.J.A.Winnubst, A.J.Burggraaf, Surface and grain boundary analysis of doped zirconia ceramics studied by AES and XPS, J. Mater. Sci. 27 (1992) 5057-5066.
• [21] S.Stemmer, J.VIeugels, O.Van Der Biest, Grain boundary segregation in high-purity, yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals (Y-TZP), J. Eur. Ceram. Soc. 18 (1998) 1565-1570.