PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Mechanical properties and microstructure of 1Y2Nd-TZP/20 vol.% alumina nanocomposites

Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Właściwości mechaniczne i mikrostruktura nanokompozytów 1y2nd-tzp/20% obj. korund
Języki publikacji
PL
Abstrakty
PL
Kompozyty bazujące na dwutlenku cyrkonu stosowane są często do wykonywania elementów mechanicznych i biomedycznych wymagających wysokiej wytrzymałości i odporności na pękanie. W ramach prezentowanej pracy wytworzono ceramikę cyrkoniową wzmocnioną korundem, wykorzystując TZP stabilizowane dodatkami 1% mol. tlenku itru i 2% mol. tlenku neodymu, które zmieszano z korundem w ilości 20% obj. i konsolidowano drogą prasowania na gorąco w 1250-1450°C przez 1 h pod ciśnieniem 60 MPa. Zbadano właściwości mechaniczne, skład fazowy i mikrostrukturę. Współstabilizowany materiał ATZ pokazał kombinację wysokiej 4-punktowej wytrzymałości wynoszącej 1300 MPa i bardzo wysokiej odporności na pękanie - 11 MPa Vm. Progowa intensywność naprężeń wynosząca 5 MPa Vm wskazuje na wysoką odporność na podkrytyczny wzrost pęknięć. Mikrostruktura pokazuje jednorodne rozproszenie ziaren korundu w dwumodalnej osnowie cyrkoniowej składającej się z przemienialnych drobnych ziaren i nieprzemienialnych, dużych, ziaren o strukturze regularnej. Najlepsze właściwości uzyskuje się w temperaturach spiekania z przedziału 1350-1400°C; przy wyższych temperaturach materiał rozkłada się na fazy jednoskośną i regularną tracąc swoją wysoką wytrzymałość i odporność na pękanie.
EN
Zirconia based composites are frequently used in mechanical and biomedical components demanding high strength and toughness. In the present study, alumina toughened zirconia ceramics were manufactured from 1 mol.% yttria 2 mol.% neodymia stabilized TZP blended with 20 vol.% alumina by hot pressing at 1250-1450°C/1 h/60 MPa. Mechanical properties, phase composition and microstructure were investigated. The co-stabilized ATZ material exhibits a combination of high 4-pt bending strength of 1300 MPa and very high fracture resistance of 11 MPa Vm. The threshold stress intensity of 5 MPa Vm indicates a high resistance to subcritical crack growth. The microstructure shows a homogeneous dispersion of alumina grains in a bimodal zirconia matrix consisting of transformable fi ne grains and untransformable large cubic grains. Most favourable properties are developed at sintering temperatures of 1350-1400°C, at higher temperature the material decomposes to monoclinic and cubic losing its high strength and toughness.
Rocznik
Strony
168--171
Opis fizyczny
Bibliogr. 21 poz.
Twórcy
autor
  • University of Stuttgart, Institute for manufacturing Technology of Ceramic Components and Composites IFKB, Allmandring 7B, D-70569 Stuttgart, Germany, frank.kern@ifkb.uni-stuttgart.de
Bibliografia
  • [1] Begand, S., Oberbach, T., Glien, W.: „ATZ – A New Material with a High Potential in Joint Replacement”, Key Eng. Mat., 284-286, (2005), 983-986.
  • [2] Tsukuma, K., Ueda, K., Shimada ,M.: „Strength and Fracture Toughness of Isostatically Hot-Pressed Composites of Al2O3 and Y2O3-Partially-Stabilized ZrO2”, J. Am. Ceram. Soc., 68, 1, (1985), C4-5.
  • [3] Cutler, R.A., Mayhew, R.J., Prettyman, K.M., Virkar, A.V.: „High-Toughness Ce-TZP/Al2O3 Ceramics with Improved Hardness and Strength”, J. Am. Ceram. Soc., 74, 1, (1991), 179-186.
  • [4] Kern, F., Gadow, R.: „Properties of Injection Moulded Alumina-Toughened Zirconia”, J. Ceram. Sci. Techn., 2, 1, (2011), 47-54.
  • [5] Kern, F., Gadow, R.: „Alumina toughened zirconia from yttria coated powders”, J. Eur. Ceram. Soc., (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.03.014.
  • [6] Benzaid, R., Chevalier, J., Saâdaoui, M., Fantozzi, G., Nawa, M., Diaz, L.M., Torrecillas, R.: „Fracture toughness, strength and slow crack growth in a ceria stabilized zirconia–alumina nanocomposite for medical applications”, 29, Biomaterials, (2008), 3636-41.
  • [7] Apel, E., Ritzberger, C., Courtois, N., Reveron, H., Chevalier, J., Schweiger, M., Rothbrust, F., Rheinberger, V.M., Höland, W.: „Introduction to a tough, strong and stable Ce-TZP/MgAl2O4 composite for biomedical applications”, J. Eur. Ceram. Soc., (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.02.002.
  • [8] Vleugels, J., Xu, T., Huang, S., Kan, Y., Wang, P., Li, L., Van der Biest, O.: „Characterization of (Nd,Y)-TZP ceramics prepared by a colloidal suspension coating technique”, J. Eur. Ceram. Soc., 27, (2007), 1339-43.
  • [9] Salehi, S., Van der Biest, O., Vleugels, J.: „Y2O3 and Nd2O3 co-stabilized ZrO2-WC composites”, J. Mater. Sci., 43, (2008), 5784-89.
  • [10] Gadow, R., Kern, F.: „Novel Zirconia–Alumina Nanocomposites Combining High Strength and Toughness”, Adv. Eng. Mat., 12, (2010), 1220-23.
  • [11] Kern, F.: „High toughness and strength in yttria-neodymia costabilized zirconia ceramics, Scr. Mat. (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.05.009.
  • [12] Kern, F.: „2.75Yb-TZP Ceramics with High Strength and Aging Resistance”, J. Ceram. Sci. Techn., 2, 3, (2011), 147-54.
  • [13] Toraya, H., Yoshimura, M., Somiya, S.: „Calibration Curve for Quantitative Analysis of the Monoclinic-Tetragonal ZrO2 System by X-Ray Diffraction”, J. Am. Ceram. Soc., 67, 6, (1984), C119-21.
  • [14] Braun, L.M., Benninson, S.J., Lawn, B.R.: „Objective Evaluation of Short-Crack Toughness Curves Using Indentation Flaws: Case Study on Alumina-Based Ceramics”, J. Am. Ceram. Soc., 75, 11, (1992), 3049-57.
  • [15] Dransmann, G.W., Steinbrech, R.W., Pajares, A., Guiberteau, F., Dominguez-Rodriguez, F., Heuer, A.H.: „Toughness Determination from Stable Growth of Indentation-Induced Cracks”, J. Am. Ceram. Soc., 77, 5, (1994), 1194-1201.
  • [16] Lube, T., Fett, T.: „A threshold stress intensity factor at the onset of stable crack extension of Knoop indentation cracks”, Eng. Fract. Mech., 71, (2004), 2263-2269.
  • [17] Liu, Z.G., Ouyang, J.H., Zhu, Y., Li, J.: „Effect of alumina addition on the phase evolution and thermal conductivity of ZrO2–NdO1.5 ceramics”, J. Alloys Comp., 468, 1-2, (2009), 350-355.
  • [18] Matsui, K., Yoshida, H., Ikuhara, Y.: „Isothermal Sintering Effects on Phase Separation and Grain Growth in Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal”, J. Am. Ceram. Soc., 92, 2, (2009), 467-475.
  • [19] Swain, M.V., Rose, L.R.F.: „Strength Limitations of Zirconia Toughened Alloys”, J. Am. Ceram. Soc., 69, 7, (1986), 511-518.
  • [20] Chen, M., Hallstedt, B., Gauckler, L.J.: „Thermodynamic modeling of the ZrO2–YO1.5 system”, Solid State Ionics, 170, (2004), 255-274.
  • [21] Wang, C., Zinkevich, M., Aldinger, F.: „Phase diagrams and thermodynamics of rare-earth-doped zirconia ceramics”, Pure Appl. Chem., 79, 10, (2007), 1731-53
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-AGH1-0032-0067
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.