Zależność pracy pękania od rozmiaru strefy przemiany fazowej w materiałach ceramicznych na bazie ZrO2.

• Autorzy: Tomaszewski H. , Węglarz H. , Strzeszewski J.

Warianty tytułu

EN

Work-of-fracture dependence on transformation zone size in zirconia based ceramics.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy podjęto próbę oceny rozmiaru stref przemiany fazowej i ich wpływu na wielkość pracy pękania tworzyw ceramicznych zawierających dwutlenek cyrkonu. W tym celu przygotowano szeroką gamę materiałów różniących się zarówno ilością, rodzajem stabilizatora odmiany tetragonalnej ZrO2 (Y2O3, MgO i CeO2), jak i wielkością ziaren. Dla dwu typów matryc cyrkonowych (stabilizowanych Y2O3 i CeO2) przygotowano także kompozyty z tlenkiem glinu w ilościach zmieniających się od 10 do 80% objętościowych. Rozmiar i kształt strefy przemiany oceniano za pomocą spektroskopii Ramana poprzez pomiar zmian składu fazowego ZrO2 w funkcji odległości do wprowadzonego w sposób kontrolowany pęknięcia. Przeprowadzone pomiary wykazały, że szerokość strefy gwałtownie maleje ze wzrostem udziału tlenku itrowego, natomiast wyraźnie wzrasta z wielkością ziaren ZrO2 dla obu typów tlenków stabilizujących (Y2O3 i CeO2). Wprowadzenie tlenku glinu o zbliżonym rozmiarze ziaren prowadzi do istotnego zmniejszenia szerokości strefy przemiany. Do oceny pracy pękania (work-of-fracture), próbki badanych tworzyw obciążono w układzie zginania trójpunktowego przy szybkości odkształcania 1 mikrometra/min. Zarejestrowane komputerowo wartości siły P w funkcji ugięcia d każdej z badanych belek, przy zastosowaniu programu komputerowego traktującego powierzchnię pod taką krzywą jako pracę wykonaną na utworzenie dwu nowych powierzchni, pomniejszoną o pracę włożoną na odkształcenie sprężyste układu i próbki badanej, pozwoliły na obliczanie pracy pękania. Największe wartości pracy pękania zaobserwowano w przypadku ZrO2 stabilizowanego MgO. Znaleziono korelację pomiędzy pracą pękania i szerokością mierzonych stref przemiany fazowej.

EN

Raman microprobe spectroscopy was employed to measure transformation zone size in zirconia based ceramics. To do these, samples of zirconia stabilised by a different type and amount of oxides (Y2O3 or CeO2) with different zirconia grain size were prepared. A composite zirconia/alumina samples having 10/80 vol. % of Al2O3 were also prepared. All samples were characterised by means of Raman spectroscopy. The size and shape of transformation zone was determined by measuring the volume fraction of the transformed monoclinic phase as a function of distance from the crack and crack tip. Influence of zirconia grain size and alumina content on transformation zone width and monoclinic zirconia concentration in the crack plane was observed. As it was found the size of the zone increases with increasing zirconia grain size, but decreases with increasing alumina content. The work of fracture, gamma F, for all ceramics studied was determined from bending test realised at loading speed of 1 micrometre/min. The maximum value of gamma F for zirconia ceramics stabilised by magnesia was obtained. Linear work-of-fracture dependence on transformation zone size was found.

Słowa kluczowe

PL

pękanie; praca pękania; strefa przemiany; przemiana fazowa; ceramika; ceramika zawierająca tlenek cyrkonu; spektroskopia ramanowska

EN

fracture; work-of-fracture; transformation zone; phase transition; ceramics; zirconia ceramics; Raman spectroscopy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2002
• Tom: R. XXIII, nr 6
• Strony: 729--736

Twórcy

autor

Tomaszewski H.

autor

Węglarz H.

autor

Strzeszewski J.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa,