Moduł Weibulla kompozytów ziarnistych na osnowie ceramiki TZP

• Autorzy: Pędzich Z.

Warianty tytułu

EN

Weibull modulus of the particulate composites with TZP ceramics matrix

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wpływ stopnia dyspersji wtrąceń na moduł Weibulla kompozytu ziarnistego na osnowie tetragonalnych polikryształów dwutlenku cyrkonu (TZP). Jako wtrącenia wykorzystano w prezentowanej pracy ziarna węglika wolframu (WC). Stosowano je w dwóch stopniach rozdrobnienia: o średniej wielkości ziarna porównywalnej z ziarnem osnowy w spieku oraz zdecydowanie większym. Zawartość wtrąceń w obu przypadkach wynosiła 10% objętościowych. Spieki otrzymano techniką prasowania na gorąco w atmosferze argonu. Badano zagęszczenie spieczonych kompozytów, ich twardość, odporność na kruche pękanie, wytrzymałość na zginanie oraz moduł Weibulla. Wykonano analizę obrazu mikrostruktur, wyznaczono średnie wielkości ziaren osnowy w spieczonych materiałach. Opisano wpływ dyspersji wtrąceń na właściwości kompozytów, szczególnie na wytrzymałość i moduł Weibulla. Uzyskane wyniki odniesiono do właściwości ceramiki TZP spiekanej swobodnie w atmosferze powietrza.

EN

The paper presents results of investigation on influence of inclusion dispersion on Weibull modulus of particulate composite in TZP/WC system. Two grades of carbide inclusion size were applied (Table 1). Composite powders were prepared by attrition mixing of zirconia and carbide powders. The amount of WC phase introduced to the matrix was 10 vol. % in each case. Composites and zirconia powders were hot-pressed under 25 MPa in argon atmosphere at 1500°C with 1 h soaking time. Also, the reference zirconia sample sintered in air was prepared. The densities of sintered bodies (p), their hardness (HV), fracture toughness (KIc), bending strength (b) and Weibull modulus (m) were investigated. The microstructure of sintered bodies was examined with both, scanning and transmission electron microscopy. The experimental data was collected at Tables 2 and 3. All investigated bodies were well densified. Composites were harder than TZP materials and showed increased fracture toughness. The measured value of KIc parameter is higher for composite with fine carbide inclusion (WC-2). The increase of bending strength (b) was observed only in the composite with WC-2 additives. In the system TZP/WC-1 distinct decrease of b was observed. The value of Weibull modulus for air-sintered zirconia was 22. That is typical for this type of material. Hot-pressing increased the m value to 30, most probably due to less grain growth in these sintering conditions (Table 3). The introduction of WC inclusions decreased the values of Weibull parameter when compared to the ,,pure" TZP material. This decrease is especially significant for composite with coarse (WC-1) grains (m = 5). The m value calculated for composite with fine inclusions (WC-2) was = 18. This fact could be explained by possibility of creation large agglomerates of carbide particles in TZP/WC-1 composite (Fig. 1a). Such agglomeration could be a result of a method of composite constituents homogenisation. Attrition milling was no effective enough. Presence of large agglomerates and weak adhesion of carbide-carbide boundaries produced large flaws in composite microstructure. They caused such significant decrease of flexural strength and Weibull modulus. In TZP/WC-2 materials was easier to avoid such distinct agglomeration (Fig. 1b).

Słowa kluczowe

PL

kompozyty; kompozyty zianiste; moduł Weibulla

EN

composites; particulate composite; Weibull modulus

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2002
• Tom: R. 2, nr 3
• Strony: 38--41
• Opis fizyczny: Bibliogr.15 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Pędzich Z.

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

Bibliografia

• [1] Tsukuma K., Ueda K., Shimada M., Strenght and fracture toughness of isostatically-hot-pressed composites of Al2O3 and Y2O3 - partially stabilised ZrO2, J. Am. Ceram. Soc. 1985, 68, C4-C5.
• [2] Jayaratna M., Yoshimura M., Somiya S., Hot pressing of Y2O3-ZrO2 with Cr2O3 - additions, J. Mater. Sci. 1986, 21, 591-96.
• [3] Pędzich Z., Haberko K., Babiarz J., Faryna M., The TZP - chromium oxide and chromium carbide composites, J. Europ. Ceram. Soc. 1998, 18, 1939-1944.
• [4] Claussen N., Weisskopf K.L., Ruhle M., Tetragonal zirconia polycrystals reinforced with SiC whiskers, J. Am. Ceram. Soc. 1986, 68, 288-292.
• [5] Poorteman M., Descamps P., Cambier F., Leriche J., Thierry B., Hot isostatic pressing of SiC-platelets/Y-TZP, J. Europ. Ceram. Soc. 1993, 12, 103-109.
• [6] Pędzich Z., Haberko K., Piekarczyk J., Faryna M., Lityńska L., Zirconia matrix-tungsten carbide particulate composites manufactured by hot-pressing technique, Mat. Lett. 1998, 36, 70-75.
• [7] Vleugeus J., Van Der Biest O., ZrO2-TiX composites, Materiały konferencyjne Key Engineering Materials, Vols. 132-136, TransTech Publications, Switzerland 1997, 2064- 67.
• [8] Claussen N., Jahn J., Mechanical properties of sintered and hot-pressed Si3N4-ZrO2 composites, J. Amer. Ceram. Soc. 1978, 61, C94-C95.
• [9] Nawa M., Yamazaki K., Sekino T., Niihara K., A new type of nanocomposite in tetragonal zirconia polycrystal - molybdenum system, Materials Letters 1994, 20, 299-304.
• [10] Kondo H., Sekino T., Choa Y.-H., Niihara K., Mechanical properties of 3Y-ZrO2/Ni composites prepared by reductive sintering, (w:) Key Engineering Materials vol. 161-163, CSJ Series - Publications of the Ceramic Society of Japan 1999, 2, 419-422.
• [11] Pędzich Z. i in., Kompozyty ziarniste z osnową ZrO2 zawierające wtrącenia faz kowalencyjnych i metalicznych, Raport końcowy z realizacji projektu badawczego KBN 7 T08D 013 15, AGH Kraków, październik 2000.
• [12] Pędzich Z., Modyfikacja właściwości mechanicznych TZP poprzez ziarniste wtrącenia ceramiczne i metaliczne, Kompozyty (Composites) 2001, 1, 1, 147-150.
• [13] Niihara K., A Fracture Mechanics Analysis of Indentation, J. Mater. Sci. Lett. 1983, 2, 221-223.
• [14] Sałtykow S.A., Stereomietriczeskaja Mietałłurgija, Wyd. 3, Moskwa 1970.
• [15] Pampuch R., Budowa i właściwości materiałów ceramicznych, Wydawnictwa AGH, Kraków 1995, 251.