Modyfikacja właściwoci mechanicznych TZP poprzez ziarniste wtrącenia ceramiczne i metaliczne

• Autorzy: Pędzich Z.

Warianty tytułu

EN

Modificatin of mechanical properties of TZP ceramics by ceramic and metallic inclusions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł podsumowuje cykl badań nad wpływem niektórych rodzajów wtrąceń na właściwości kompozytów ziarnistych z osnową tetragonalnych polikryształów tlenku cyrkonu (TZP). Jako wtrącenia wykorzystano w prezentowanej pracy fazy węglikowe (WC, NbC i TaC) lub metaliczne (Ni, W i Mo). Prezentowane są wyniki badań dla udziału fazy węglikowej w kompozycie, nieprzekraczającego 10% objętościowych. Stosowano dwie gradacje wtrąceń. Fazy metaliczne wprowadzano w ilościach nieprzekraczających 5% obj. Stosowano różne techniki wprowadzania metalu do osnowy TZP. Badano zagęszczenie spieczonych kompozytów, ich twardość, odporność na kruche pękanie, wytrzymałość na zginanie i podatność na zużycie ścierne. Obserwowano drogę pękania w materiale. Stwierdzono wpływ rodzaju i dyspersji wtrąceń na właściwości kompozytów.

EN

The paper summarises investigation on selected inclusion influence on properties of particulate composites with TZP matrix. As an inclusions carbide (WC, NbC, TaC) and metallic phases (Ni, W, Mo) were used. Two grades of carbide inclusion size were applied (sec Table I). Composite powders were prepared by attrition mixing of zirconia and carbide or metallic powders. The other way of TZP/metal composite powder preparation was hydrogen reduction of the mixture of zirconia and adequate metal oxide powders (see Table 1). Composite powders and reference zirconia sample were hot-pressed under 25 MPa at 15OO°C with 1 h soaking time. The densities of sintered bodies, their hardness, fracture toughness, bending strength and wear susceptibility were investigated. All the experimental data was collected at Table 2. The coarse (gruby) carbide inclusions increase hardness more effectively than the thin (drobny) ones. Reverse phenomenon takes place in connection with fracture toughness improvement. In this case thin inclusions are more effective. The increase of bending strength was observed only in the composite with thin WC additives. In this system the lowest wear susceptibility was detected. Addition of the metallic phases lead to fracture toughness improvement. It is worth to notice that the TZP/Ni composite shows the worse mechanical properties. Nickel is the only one amoung used additives, which has higher than zirconia coefficient of thermal expansion (aNi > aZrO2). It leads to comprehensive stresses in the zirconia matrix. Such a situation should be profitable for mechanical properties of the composite. The other used additives have coefficient a lower than zirconia what results in tensile stresses in the matrix. But these composites show better mechanical properties than TZP/Ni. The crack paths through the composite were investigated (see Fig 1). In all composite systems crack path is similar. One could observe crack deflection, branching or sometimes bridging. Craek never comes through inclusions. If amount and size of inclusions are similar, decisive influence on composite properties has most probably the matrix-inclusion interface strength. The presented paper indicates that properties of the TZP could be improved by incorporation small amount of the carbide or metallic phases.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty; kompozyty ceramiczne; kompozyty metaliczne; właściwości mechaniczne

EN

composites; ceramic composites; mechanical characteristic

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2001
• Tom: R. 1, nr 2
• Strony: 147--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Pędzich Z.

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

Bibliografia

• [1] Stevens R., Zirconia and zirconia ceramics, Magnesium Elektron Ltd., Wielka Brytania 1986.
• [2] Garvie R.C., Hannink R.H.J., Pascoe R.T., Ceramic steel? Nature 1975, 258, 703.
• [3] Tsukuma K., Ueda K., Shimada M., Strenght and fracture toughness of isostatically-hot-pressed composites of Al2O3and Y2O3 - partially stabilised ZrO2, J. Am. Ceram. Soc. 1985, 68, C4-C5.
• [4] Jayaratna M., Yoshimura M., Somiya S., Hot pressing of Y2O3 - ZrO2 with Cr2O3 - additions, J. Mater. Sci. 1986, 21, 591-96.
• [5] Pędzich Z., Haberko K., Babiarz J., Faryna M., The TZP - chromium oxide and chromium carbide composites, J. Europ. Ceram. Soc. 1998, 18, 1939-1944.
• [6] Claussen N., Weisskopf K.L., Ruhle, M., Tetragonal zirconia polycrystals reinforced with SiC whiskers, J. Am. Ceram. Soc. 1986, 68, 288-292.
• [7] 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.
• [8] 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.
• [9] Vleugeus J., Van Der Biest O., ZrO2-TiX Composites, Conf. Proc. Key Engineering Materials Vols. 132-136, Trans Tech Publications, Switzerland 1997, 2064-2067.
• [10] Claussen N., Jahn J., Mechanical properties of sintered and hot-pressed Si3N4-ZrO2 composites, J. Amer. Ceram. Soc. 1978, 61, C94-C95.
• [11] Nawa M., Yamazaki K., Sekino T., Niihara K., A new type of nanocomposite in tetragonal zirconia polycrystal - molybdenum system, Mater. Lett. 1994, 20, 299-304.
• [12] Kondo H., Sekino T., Choa Y.-H, Niihara K., Mechanical properties of 3Y-ZrO2/Ni composites prepared by reductive sintering, Key Engineering Materials vol.161-163, CSJ Series - Publications of the Ceramic Society of Japan 1999, 2, 419-422.
• [13] 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.
• [14] Niihara K., A fracture mechanics analysis of indentation, J. Mater. Sci. Lett. 1983, 2, 221-223. [15] Pędzich Z., Haberko K., Zużycie ścierne kompozytów na osnowie tetragonalnych polikryształów dwutlenku cyrkonu z wtrąceniami węglikowymi, Tribologia 2000 (w druku).
• [16] Taya M., Hayashi S., Kobayashi A.S., Yoon H.S., Toughening of a particulate reinforced ceramic-matrix composite by thermal residual stress, J. Amer. Ceram. Soc. 1990, 73, 1382-1391.