Rola TiO2 w kształtowaniu mikrostruktury, składu fazowego i właściwości mechanicznych kompozytów Ca-TZP/WC

• Autorzy: Pyda W. , Moskała N. , Pyda A.

Warianty tytułu

EN

A role of TiO2 in the formation of the microstructure, phase composition and mechanical properties of Ca-TZP/WC composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty z osnową ceramiczną (CMC) w układzie składającym się z polikrystalicznego dwutlenku cyrkonu w odmianie tetragonalnej stabilizowanej tlenkiem wapnia i z cząstek węglika wolframu (Ca-TZP/WC) przygotowano tradycyjnym sposobem, polegającym na mieszaniu składowych proszków i ich konsolidacji drogą prasowania na gorąco. Wykorzystano nanometryczny proszek zawierający 7% mol. CaO w roztworze stałym z ZrO2, krystalizowany w warunkach hydrotermalnych, oraz submikronowy, handlowy proszek WC. Nanoproszek dwutlenku cyrkonu domieszkowano dwutlenkiem tytanu w ilości nieprzekraczającej 1,5% mol., wykorzystując do tego celu metodę współstrącania. Kompozyty zawierały 10% obj. cząstek WC. Zbadano wpływ dodatku TiO2 oraz temperatury prasowania na gorąco na skład fazowy, mikrostrukturę i właściwości mechaniczne kompozytów Ca-TZP/WC. Dodatek TiO2 eliminował niejednorodności mikrostrukturalne osnowy cyrkoniowej. Stwierdzono zmniejszenie się krytycznego rozmiaru ziaren tetragonalnego ZrO2 wraz ze wzrostem zawartości TiO2 w roztworze stałym. Fakt ten sprzyjał przemianie tetragonalnej odmiany ZrO2 w jednoskośną. Zarówno wtrącenia WC, jak i dodatek TiO2 w badanym zakresie stężeń powodowały zmniejszenie rozmiaru ziaren osnowy cyrkoniowej, co przeciwnie, sprzyjało zachowaniu fazy tetragonalnej ZrO2 w mikrostrukturze tworzyw. Przyczyny redukcji rozmiaru ziaren ZrO2 poddano dyskusji. Stwierdzono wzrost wytrzymałości na zginanie kompozytów (do wartości 1,3 š0,1 GPa) w porównaniu z materiałem osnowy.

EN

Ceramic matrix composites (CMC) in the system composed of tetragonal polycrystalline zirconia stabilized with calcia and WC particulates (Ca-TZP/WC) have been prepared by using a conventional way which involved mixing component powders and their consolidation by hot pressing. The hydrothermally crystallized nanometric zirconia powder containing 7 mol % CaO in solid solution with ZrO2 and the commercial WC one were used. TiO2 was introduced to the zirconia nanopowder in amount not exceeded 1.5 mol % by means of a co-precipitation method. The composites contained 10% of the WC particulates by volume. An effect of the TiO2 content and hot pressing temperature on phase composition, microstructure and mechanical properties of the Ca-TZP/WC composites was studied. The TiO2 additive eliminated microstructural inhomogeneities of the zirconia matrix. Reduction of a critical size of the tetragonal grains with TiO2 content has been found. This favoured transformation of the tetragonal ZrO2 polymorph to monoclinic. Both the WC inclusions and TiO2 additive caused a decrease of the zirconia matrix grain size. In reverse, this favoured retention of the tetragonal phase in the material microstructures. Reasons for the zirconia grain size reduction are discussed. The improved strength (up to 1.3 š0.1 GPa) nas been found in the composites when compared with the matrix material.

Słowa kluczowe

PL

ZrO2; TiO2; kompozyt; osnowa ceramiczna; rozrost ziaren; właściwości mechaniczne

EN

ZrO2; TiO2; ceramic matrix composite; grain growth; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 1
• Strony: 63--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Pyda W.

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

autor

Moskała N.

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

autor

Pyda A.

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

Bibliografia

• [1] Hofmann H., Michel B., Gauckler, L.J., Zirconia powder for TZP-ceramics Ti-Y-TZP, (w:) Zirconia ’88, Advances in Zirconia Science and Technology, eds. S. Meriani., C. Palmo- nari, Elsevier Science Publishers Ltd, London 1989, 119-129.
• [2] Pyda W., Haberko K., Bućko M.M., A study on preparation of tetragonal zirconia polycrystals (TZP) in the TiO2-Y2O3- -ZrO2 system, Ceramics Int. 1992, 18, 321-326.
• [3] Colomer M.T., Duran P., Caballero A., Jurado J.R., Microstructure, electrical properties and phase equilibria relationships in the ZrO2-Y2O3-ZrO2 system: the subsolidus isothermal section at 1500o C, Mater. Sci. Eng. 1997, A229, 114-122.
• [4] Haberko K., Pędzich Z., Piekarczyk J., Bućko M.M., Suchanek W., Tetragonal polycrystals under reducing conditions. Third Euro-Ceramics V.1, eds. P. Duran, J.F. Fernandez, Faenza Editrice Iberica S.L. 1993, 967-971.
• [5] Kondo T., Takigawa Y., Sakuma T., High-temperature tensile ductility in TZP and TiO2-D oped TZP, Mater. Sci. Eng. 1997, A231, 163-169.
• [6] Pyda W., Microstructure and properties of zirconia-based nanocomposites derived from a powder containing TiC crystallised in-situ and Carbon, Ceramics Int. 2004, 30, 333-342.
• [7] Pyda W., Moskała N., Pyda A., Strong and tough Ca-TZP’s doped with TiO2. Proc. 10th International Ceramics Congress, Part B, ed. P.Vincenzini, Techna s.r.l., Italy 2002, 41-48.
• [8] Pyda W., Pyda A., TiO2-doped Ca-TZP/WC particulate composites, Euro Ceramics VIII, Part 2, eds. H. Mandal L. Öveçoĝlu, Key Engineering Materials Vols 264-268. Trans Tech Publications, Switzerland 2004, 833-836.
• [9] Young R.A., Sakthivel A., Moss T.S., Paiva-Santos C.O., DBWS-9411, An upgrade of the DBWS programs for rietveld refinement with PC and mainframe computers, J. Appl. Cryst. 1995, 28, 366-367.
• [10] Saltykov S.A., Stereometric Metallography, 3rd edition, Metallurgia, Moscow 1970.
• [11] Pyda W., Haberko K, CaO-containing tetragonal ZrO2 polycrystals (Ca-TZP), Ceramics. Int. 1987, 13, 113-118.
• [12] Niihara K.A., A fracture mechanics analysis of indentationinduced Palmqvist crack in ceramics, J. Mater. Sci. Lett. 1983, 2, 221-223.
• [13] Stubican V.S., Ray S.P., J. Am. Ceram. Soc. 1977, 60, 534.
• [14] Haberko K., Pędzich Z., Róg G., Bućko M.M., Faryna M., The TZP matrix - WC particulate composites, Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 1995, 32, 593-601.
• [15] Porter D.A., Esterling K.E., Phase Transformations in metals and Alloys, 2nd ed., Chapman & Hall, London 1992, 139.
• [16] Thenuissen G., Winnubst A., Burgraaf A., Segregation aspects in the ZrO2-Y2O3 ceramic system, J. Mat. Sci. Lett. 1989, 8, 55-57.
• [17] Sagel-Ransijn C.D., Winnubst A.J.A., Burggraaf A.J., Verweij H., Grain growth in ultrafine-grained Y-TZP ceramics, J. Eur. Ceram. Soc. 1997, 17, 1133-1141.
• [18] Allemann J.A., Michel B., Märki H.-B., Gauckler L.J., Moser E.M., Grain growth of differently doped zirconia, J. Eur. Ceram. Soc. 1995, 15, 951-958.
• [19] Green D.J., Hannink R.H., Swain M.V., Transformation Toughening of Ceramics, CRC Press, Boca Raton 1989.