Wpływ metody wprowadzania Al2O3 do tworzyw 3Y-TZP na ich mikrostrukturę i właściwości

• Autorzy: Pyda W. , Pędzich Z. , Brzezińska-Miecznik J. , Pyda A.

Warianty tytułu

EN

Effect of a method of Al2O3 incorporation into 3Y-TZP materials on their microstructure and properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono dwie metody wprowadzenia wtrąceń Al2O3 do polikrystalicznej osnowy tetragonalnego dwutlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (3Y-TZP) oraz zbadano ich wpływ na mikrostrukturę i właściwości kompozytów SY-TZP/Al2O3. Pierwsza metoda polegała na fizycznym mieszaniu składowych proszków w warunkach intensywnego mielenia. Druga wykorzystywała możliwości techniki współstrącania chemicznie jednorodnych osadów z wodnych roztworów soli cyrkonu, itru i glinu z następczą krystalizacją w warunkach prażenia. Próbki do badań formowano metodą prasowania izostatycznego proszków pod ciśnieniem 300 MPa, a następnie spiekano swobodnie w powietrzu przez 2 h w temperaturach 1500-1650°C. Kompozyty zawierały od 0 do 20% obj. wtrąceń o rozmiarach zależnych od użytej metody otrzymywania proszków. Scharakteryzowano morfologię wytworzonych proszków, ich skład fazowy, mikrostrukturę wyprasek oraz spieczonych tworzyw. W przypadku optymalnie zagęszczonych tworzyw zmierzono wytrzymałość na zginanie i odporność na pękanie. Metoda współstrącania z udziałem kationów glinu umożliwiła wytworzenie kompozytów zawierających wtrącenia korundu o rozmiarach leżących w zakresie nanometrycznym (100-500 nm) i znacznie mniejszych w porównaniu z metodą fizycznego mieszania (300-1200 nm). Kompozyty te miały podwyższoną wytrzymałość mechaniczną przy nieznacznie zmniejszonej odporności na pękanie.

EN

In the study, two methods of incorporation of Al2O3 inclusions into a polycrystalline matrix of tetragonal zirconia stabilised with yttria (3Y-TZP) were used and their influence on a microstructure and properties of 3Y-TZP/Al2O3 composites has been studied. The first method consisted in physical mixing of component powders by means of intensive milling. The second one utilised possibilities of the co-precipitation method of chemically homogeneous deposits followed by their calcination. Ań aqueous solution of zirconium, yttrium and aluminium salts was used. Green compacts were shaped by cold isostatic pressing under a pressure of 300 MPa and then they were pressurelessly sintered for 2 h at 1500-1650°C in air. The composites contained from O to 20 vol.% of inclusions of a size which depended on the powder preparation method upplied. Morphology and phase composition of the powders, microstructure of the green compacts and sintered materials was characterised. Bending strength and fracture toughness was measured in the case of the bodies of optimal density. The co-precipitation method with participation of aluminium cations enables to produce the composites which contained the alumina inclusions of the size falling in the nanometric range (100-500 nm). The inclusions derived from this method were much smaller than those derived from the physical mixing one (300-1200 nm). The composites with the former inclusions showed increased values of mechanical strength and slightly decreased values of fracture toughness.

Słowa kluczowe

PL

dwutlenek cyrkonu; tlenek glinu; kompozyt ziarnisty; współstrącanie; mikrostruktura

EN

zirconia; alumina; particulate composites; coprecipitation; microstructure

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 4, nr 11
• Strony: 311--318
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pyda W.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-079 Kraków

autor

Pędzich Z.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-079 Kraków

autor

Brzezińska-Miecznik J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-079 Kraków

autor

Pyda A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-079 Kraków

Bibliografia

• [1] 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. 1982, 68, 1, C-4−C-5.
• [2] Niihara K., A Fracture Mechanics Analysis of Indentation Induced Palmqvist Crack in Ceramics, J. Mater. Sci. Lett. 1983, 2, 221.
• [3] Rejendran S., Rossell H.J., Sanders J.V., Preparation and characterization of precursors powders for yttria-doped tetragonal zirconia polycrystals (Y-TZP) and Y-TZP/Al2O3 composites, J. Mater. Sci. 1989, 24, 1195.
• [4] der Exter P., Winnubst A.J.A., Burggraaf A.J., The preparation and characterization of Y-TZP/20 vol% Al2O3, J. Euro. Ceram. Soc. 1993, 11, 497.
• [5] Shi J.L., Li B.S., Ruan M.L., Yen T.S., Processing of NanoY-TZP/Al2O3 Composites. I: Preparation and Characterization of Nano-Y-TZP/Al2O3 Composite Powders, J. Euro. Ceram. Soc. 1995, 15, 959.
• [6] Mecartney M.L., Influence of an amorphous second phase on the properties of yttria-stabilised tetragonal zirconia polycrystals (Y-TZP), J. Am. Ceram. Soc. 1987, 70, 54.
• [7] Lawn B., Fracture of Brittle Solids, II ed., Cambridge 1993.
• [8] Fukuhara M., Properties of (Y)ZrO2-Al2O3 and (Y)ZrO2-Al2O3-(Ti or Si)C Composites, J. Am. Ceram. Soc. 1989, 72, 236.