Alumina-Zirconia Composites Produced by Filter Pressing of zirconia and transition alumina nanopowders

• Autorzy: Zych Ł. , Azar M. , Chevalier J. , Garnier V. , Macherzyńska B. , Pyda W.

Warianty tytułu

PL

Kompozyty Al2O3-ZrO2 wytwarzane za pomocą prasowania filtracyjnego nanoproszków dwutlenku cyrkonu i przejściowych form tlenku glinu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was production of dense, fine-grained zirconia toughened alumina composites by the filter pressing method. It is presumed that such composites may exhibit enhanced mechanical properties, comparing to the coarse-grained ones. Colloidal shaping methods, e.g. filter pressing, enable to produce materials with homogenous microstructures and uniform distribution of composite constituents, which facilitates their sintering process and may lead to dense materials with fine grains. Alumina–zirconia composites with various zirconia fractions (from 5 vol.% to 30 vol.%) were fabricated using a commercial transition alumina powder (Nanotek®) and a zirconia powder produced by the hydrothermal method. Both powders were mixed at given rates in water suspension, and then shaped using the filter pressing method. Homogeneity of green samples was investigated using mercury porosimetry. The sintering was carried out in conditions determined during dilatometric measurements, e.g. taking into account transformation of the alumina. Sintering behaviour of the samples was investigated by density measurements, XRD analysis and SEM observations. Hardness and fracture toughness (KIC) of the sintered samples were determined using the Vickers indentation method.

PL

Celem pracy było wytworzenie gęstych, drobnoziarnistych kompozytów Al2O3–ZrO2 (ZTA) przy wykorzystaniu metody prasowania filtracyjnego. Zakłada się, że takie kompozyty mogą wykazywać lepsze właściwości mechaniczne w porównaniu z kompozytami o mikrostrukturze składającej się z ziaren o większym rozmiarze. Metody formowania oparte na zawiesinach, np. prasowanie filtracyjne, pozwalają na wytwarzanie materiałów o jednorodnej mikrostrukturze i równomiernym rozmieszczeniu składników kompozytu. Taka mikrostruktura wyjściowych materiałów ułatwia proces ich spiekania, którego efektem mogą być gęste materiały o drobnych ziarnach. Kompozyty Al2O3–ZrO2 o różnym udziale tlenku cyrkonu (od 5% do 30% obj.) zostały wytworzone z komercyjnego proszku przejściowej odmiany tlenku glinu (Nanotek®) oraz proszku tlenku cyrkonu otrzymanego metodą hydrotermalną. Proszki zostały wymieszane w ustalonych proporcjach w wodnej zawiesinie, a następnie uformowane metodą prasowania filtracyjnego. Jednorodność mikrostruktury surowych materiałów była określana metodą porozymetrii rtęciowej. Spiekanie kompozytów odbywało się w temperaturze określonej na podstawie pomiarów dylatometrycznych, tzn. biorąc pod uwagę przemianę fazową tlenku glinu. Zachowanie się materiałów podczas spiekania było badane poprzez określenie gęstości, analizę fazową XRD oraz obserwacje SEM. Twardość oraz odporność kompozytów na kruche pękanie (KIC) wyznaczano metodą Vickersa.

Słowa kluczowe

EN

nanopowders; transition alumina; ZTA composites; suspension; filter pressing

PL

nanoproszki; przejściowy tlenek glinu; kompozyty ZTA; zawiesina; prasowanie filtracyjne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 3
• Strony: 264--271
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Zych Ł.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Cracow, Poland

autor

Azar M.

• Université de Lyon, INSA-Lyon, MATEIS CNRS UMR 5510, Villeurbanne, France

autor

Chevalier J.

• Université de Lyon, INSA-Lyon, MATEIS CNRS UMR 5510, Villeurbanne, France

autor

Garnier V.

• Université de Lyon, INSA-Lyon, MATEIS CNRS UMR 5510, Villeurbanne, France

autor

Macherzyńska B.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Cracow, Poland

autor

Pyda W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Cracow, Poland

Bibliografia

• [1] Hannink, R. H. J., Kelly, P. M., Muddle, B. C.: Transformation toughening in zirconia-containing ceramics, J. Am. Ceram. Soc., 83, (2000), 461–487.
• [2] Mayo, M. J.: Processing of nanocrystalline ceramics from ultrafine particles, Int. Mater. Rev., 41, (1996), 85-115.
• [3] Niihara, K.: New design concept of structural ceramics - ceramic nanocomposites, J. Ceram. Soc. Japan, 99, (1991), 974–982.
• [4] Lange, F. F., Powder Processing Science and Technology for Increased Reliability, J. Am. Ceram. Soc., 72, (1989), 3-15.
• [5] Rhodes, W. H.: Agglomerate and Particle Size Effects on Sintering Yttria-Stabilized Zirconia, J. Am. Ceram. Soc., 64, (1981), 19–22.
• [6] Vasylkiv, O., Sakka, Y.: Synthesis and Colloidal Pressing of Zirconia Nanopowder, J. Am. Ceram. Soc., 84, (2001), 2489-2494.
• [7] Zych, L., Haberko, K.: Zirconia nanopowder - its shaping and sintering, Solid State Phenom., 94, (2003), 157-164.
• [8] Azar, M., Palmero, P., Lombardi, M., Garnier, V., Montanaro, L., Fantozzi, G., Chevalier, J.: Effect of initial particle packing on the sintering of nanostructured transition alumina, J. Eur. Ceram. Soc., 28, (2008), 1121-1128.
• [9] Bowen, P., Carry, C.: From powders to sintered pieces: forming, transformations and sintering of nanostructured ceramic oxides, Powd. Technol., 128 (2002), 248-255.
• [10] Vasylkiv, O., Sakka, Y., Skorohod, V.V.: Low-temperature processing and mechanical properties of zirconia and zirconia-alumina nanoceramics, J. Am. Ceram. Soc., 86, (2003), 299-304.
• [11] de Jonge, L. C., Rahaman, M. N.: Chapter 4.1 Sintering of Ceramics, in Handbook of Advanced Ceramics, Somiya, S. et al. (Eds.), Academic Press, 2003.
• [12] Pyda, W., Gani, M. S. J.: Microstructure and mechanical properties of spherical zirconia-yttria granules, J. Mater. Sci., 30, (1995), 2121-2129.
• [13] Pyda, W.: The relation between preparation, microstructure and mechanical properties of spherical yttria-zirconia powders, J. Eur. Ceram. Soc., 17, (1997), 121-127.