Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical properties and low temperature degradation resistance of alumina-doped 3Y-TZP fabricated from stabilizer coated powders

Kern F., Kabir A., Gadow R.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 3

279--285

EN

In this study nanoscale monoclinic zirconia was coated with 3 mol % yttria via the nitrate route. Up to 2 vol.% of alumina were added by either coating or mixing and milling. The mechanical properties of the materials, microstructure and phase composition were studied. Low temperature degradation resistance was determined by an accelerated autoclave test. The TZP materials showed a high toughness of > 10 MPa√m combined with a strength of ~ 740-1000 MPa. Low temperature degradation resistance improved with alumina addition, here the introduction of alumina by mixing and milling was more efficient than by powder coating; the maximum monoclinic fraction in the mixed composite was only 6 vol.% after 100 h of autoclave ageing at 134 °C and the monoclinic phase did not form a fully connected layer.

PL

W niniejszym badaniu jednoskośny nanometryczny dwytlenek cyrkonu pokrywano tlenkiem itru w ilości 3% mol., wykorzystując ścieżkę azotanową. Poprzez pokrywanie lub mieszanie i mielenie dodano aż do 2% obj. tlenku glinu. Zbadano właściwości mechaniczne, mikrostrukturę i skład fazowy materiałów. Za pomocą przyśpieszonego testu autoklawowego określono niskotemperaturową degradację. Materiały TZP pokazały wysoką odporność na pękanie przekraczającą 10 MPa√m w połączeniu z wytrzymałością wynoszącą ~ 740-1000 MPa. Odporność na niskotemperaturową degradację została poprawiona dodatkiem tlenku glinu, gdzie wprowadzenie tlenku glinu drogą mieszania i mielenia było bardziej efektywne niż przez pokrywanie proszku; maksymalna frakcja jednoskośnia w kompozycie stanowiła jedynie 6% obj. po starzeniu w autoklawie przez 100 h w 134 °C a faza jednoskośna nie utworzyła całkowicie spójnej warstwy.

2

In situ cerium hexaaluminate platelets reinforcement of ED-machinable ZTA-TiC ceramics

Gommeringer A., Schmitt-Radloff U., Kern F., Gadow R

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 1

4--9

EN

Electrical discharge machinable ceramics open new applications fields by combining good mechanical properties such as high strength, hardness, abrasion resistance and high temperature resistance with the possibility to produce complex shape customized components. Alumina based ceramics with dispersions of zirconia and a conductive refractory carbide offer enhanced hardness and abrasion resistance compared to other ED-machinable ceramics based on silicon nitride or Y-TZP based compounds, however only a moderate toughness. In the present study cerium hexaaluminate (CA6) platelets were introduced in the material system of zirconia toughened alumina with 24 vol.% titanium carbide by in situ reaction sintering to further improve the fracture resistance. With addition of CA6 the fracture resistance and strength increases while hardness and electrical conductivity were incrementally reduced. CA6 addition leads to a slight reduction in material removal rate in die sinking EDM and reduction of roughness in machined surfaces.

PL

Elektroerozyjnie obrabialna ceramika otwiera nowe pola zastosowań poprzez połączenie dobrych właściwości mechanicznych takich jak wysoka wytrzymałość, twardość, odporność na ścieranie i wysoka odporność temperaturowa z możliwością wytwarzania złożonego kształtu komponentów stosownie do wymagań klienta. Ceramika oparta na tlenku glinu zawierająca dyspersje tlenku cyrkonu i przewodzącego węglika ogniotrwałego oferuje podwyższoną twardość i odporność na ścieranie w porównaniu z pozostałą ceramiką obrabialną elektroerozyjnie opartą na azotku krzemu lub Y-TZP, ale jedynie umiarkowaną odporność na pękanie. W prezentowanych badaniach do układu materiałowego tlenku glinu wzmocnionego tlenkiem cyrkonu zawierającego 24% obj. węglika tytanu wprowadzono płytki sześcioglinianu ceru (CA6) drogą in situ spiekania reakcyjnego, aby poprawić odporność na pękanie. Wraz z dodatkiem CA6 zwiększyły się odporność na pękanie i wytrzymałość, podczas gdy twardość i przewodność elektryczna zostały przyrostowo zredukowane. Dodatek CA6 prowadzi do nieznacznego zmniejszenia szybkości usuwania materiału w trakcie elektrodrążenia wgłębnego EDM i redukcji chropowatości obrabianej powierzchni.

3

Electrical discharge machinable alumina zirconia niobium carbide composites - Influence of stabilizer content

Schmitt-Radloff U., Kern F., Gadow R.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 3

272--278

EN

Manufacturing of customized components of hard and tough structural ceramics by conventional technologies suffers from high cost in the final hard machining step. Electric discharge machining can be a cost efficient alternative as the machining process is contact-free and thus material removal becomes independent on mechanical properties. To be ED-machinable, ceramics require a certain electrical conductivity, which can be achieved by addition of an electrically conductive phase. In this study materials containing a micron-size conductive dispersion of 24 vol.% of niobium carbide in a sub-micron-size matrix of zirconia toughened alumina containing 17 vol.% of zirconia of various yttria stabilizer contents were studied. Starting powders were alloyed by a mixing and milling process in 2-propanol and samples were produced by subsequent hot pressing at 1525 °C for 2 h at 40 MPa axial pressure in a graphite die. Mechanical properties, microstructure and phase composition were studied. The ED-machinability in a wire cutting process was investigated with respect to machining speed, surface quality and ED-induced subsurface damage. It was found that yttria stabilizer content affects mechanical properties. A maximum fracture resistance was found at a stabilizer content of 1 mol.% while bending strength varied little with stabilizer content. ED-machinability was unaffected by stabilizer content.

PL

Wysokie koszty finalnej obróbki skrawaniem negatywnie oddziałują na wytwarzanie na zamówienie komponentów z twardej i wytrzymałej ceramiki konstrukcyjnej za pomocą tradycyjnych technologii. Obróbka elektroerozyja może stanowić kosztowo efektywną alternatywę, ponieważ proces obróbki jest bezkontaktowy i dlatego usuwanie materiału staje się niezależne od właściwości mechanicznych. Aby być obrabialną elektroerozyjnie, ceramika wymaga pewnej przewodności elektrycznej, którą można osiągnąć poprzez dodanie fazy przewodzącej elektrycznie. W niniejszej pracy badano materiały zawierające przewodzącą dyspersję węglika niobu w ilości 24% obj. w submikronowej osnowie tlenku glinu wzmacnianego tlenkiem cyrkonu, która zawierała 17% obj. tego tlenku z różną zawartością stabilizatora. Wyjściowe proszki homogenizowano drogą mieszania i mielenia w 2-propanolu, a próbki wytwarzano poprzez następcze prasowanie na gorąco w 1525 °C przez 2 h pod jednoosiowym ciśnieniem 40 MPa w formie grafitowej. Zbadano właściwości mechaniczne, mikrostrukturę i skład fazowy. Obrabialność elektroerozyjną w procesie cięcia włóknem badano w odniesieniu do szybkości obróbki, jakości uzyskanej powierzchni i podpowierzchniowego uszkadzania, wywołanego obróbką elektroerozyjną. Stwierdzono, że zawartość stabilizatora w postaci tlenku itru oddziałuje na właściwości mechaniczne. Maksymaną odporność na pękanie stwierdzono przy udziale stabilizatora wynoszącym 1% mol., podczas gdy wytrzymałość na zginanie zmieniała się nieznacznie wraz z zawartością stabilizatora. Obrabialność elektroerozyjna nie zależała od zawartości stabilizatora.

4

Mechanical properties and low temperature degradation resistance of 2.5Y-TZP – alumina composites

Kern F., Gadow R

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 3

258--266

EN

Yttria stabilized zirconia polycrystals (Y-TZP) become increasingly important in the field of biomedical and engineering components. The commercially available standard material 3Y-TZP made from coprecipitated powders has very high strength but limited fracture toughness, resistance to subcritical crack growth and low temperature degradation resistance. In this study a 2.5Y-TZP powder was produced by coating of monoclinic zirconia with yttria via the nitrate route. Y-TZP-alumina composites with compositions ranging from 0-27.5 vol.% were produced by mixing and milling and subsequent hot-pressing at 1400 °C for 2 h. The mechanical properties and ageing resistance of the materials was tested. All materials showed attractive mechanical properties with bending strength of 1000-1250 MPa, fracture resistance declined with increasing alumina content while resistance to subcritical crack growth KI0 was maintained at a high level of 5–5.7 MPa∙√m. Alumina addition had a non-linear grain growth inhibition effect. Ageing test showed that while the pure 2.5-TZP was inherently instable a small addition of alumina increased the low temperature ageing resistance considerably. Evaluation of ageing kinetics according to the Mehl-Avrami-Johnson model showed that the TZP-alumina composites did not follow a nucleation and growth mechanism but that the transformation front rather proceeds into the bulk by a zero-order kinetics.

PL

Polikryształy dwutlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (Y-TZP) stają się coraz ważniejsze w obszarze komponentów biomedycznych i inżynierskich. Komercyjnie dostępny, standardowy materiał 3Y-TZP wytworzony z proszków współstrąconych ma bardzo wysoką wytrzymałość ale ograniczoną odporność na pękanie, odporność na podkrytyczny wzrost pęknięcia i odporność na niskotemperaturową degradację. W niniejszej pracy, proszek 2.5Y-TZP wytworzono drogą pokrywania jednoskośnego tlenku cyrkonu tlenkiem itru metodą azotanową. Kompozyty Y-TZP-tlenek glinu o skłądach mieszczących się w przedziale 0-27.5 vol.% wytworzono drogą mieszania i mielenia z następczym prasowaniem na gorąco w 1400 °C przez 2 h. Zbadano właściwości mechaniczne i odporność na starzenie otrzymanych materiałów. Wszystkie materiały pokazały atrakcyjne właściwości mechaniczne: wytrzymałość na zginanie 1000-1250 MPa, odporność na pękanie zmniejszyła się wraz ze wzrostem zawartości tlenku glinu, podczas gdy odporność na podkrytyczny wzrost pęknięcia KI0 utrzymywał się na poziomie 5–5.7 MPa∙√m. Dodatek tlenku glinu wywołał nieliniowy efekt zahamowania rozrostu ziaren. Test starzenia wykazał, że wtedy gdy czysty 2.5-TZP był zasadniczo niestabilny to mały dodatek tlenku glinu zwiększał znacząco niskotemperaturową odporność na starzenie. Wyznaczenie kinetyki starzenie zgodnie z modelem Mehl-Avrami-Johnsona wykazało, że kompozyty TZP-tlenek glinu nie podlegają mechanizmowi zarodkowania i wzrostu zarodków, ale raczej front przemiany podąża w materiał zgodnie z kinetyką reakcji rzędu zerowego.

5

Mechanical properties and microstructure of 1Y2Nd-TZP/20 vol.% alumina nanocomposites

Kern F.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 2

168-171

EN

Zirconia based composites are frequently used in mechanical and biomedical components demanding high strength and toughness. In the present study, alumina toughened zirconia ceramics were manufactured from 1 mol.% yttria 2 mol.% neodymia stabilized TZP blended with 20 vol.% alumina by hot pressing at 1250-1450°C/1 h/60 MPa. Mechanical properties, phase composition and microstructure were investigated. The co-stabilized ATZ material exhibits a combination of high 4-pt bending strength of 1300 MPa and very high fracture resistance of 11 MPa Vm. The threshold stress intensity of 5 MPa Vm indicates a high resistance to subcritical crack growth. The microstructure shows a homogeneous dispersion of alumina grains in a bimodal zirconia matrix consisting of transformable fi ne grains and untransformable large cubic grains. Most favourable properties are developed at sintering temperatures of 1350-1400°C, at higher temperature the material decomposes to monoclinic and cubic losing its high strength and toughness.

PL

Kompozyty bazujące na dwutlenku cyrkonu stosowane są często do wykonywania elementów mechanicznych i biomedycznych wymagających wysokiej wytrzymałości i odporności na pękanie. W ramach prezentowanej pracy wytworzono ceramikę cyrkoniową wzmocnioną korundem, wykorzystując TZP stabilizowane dodatkami 1% mol. tlenku itru i 2% mol. tlenku neodymu, które zmieszano z korundem w ilości 20% obj. i konsolidowano drogą prasowania na gorąco w 1250-1450°C przez 1 h pod ciśnieniem 60 MPa. Zbadano właściwości mechaniczne, skład fazowy i mikrostrukturę. Współstabilizowany materiał ATZ pokazał kombinację wysokiej 4-punktowej wytrzymałości wynoszącej 1300 MPa i bardzo wysokiej odporności na pękanie - 11 MPa Vm. Progowa intensywność naprężeń wynosząca 5 MPa Vm wskazuje na wysoką odporność na podkrytyczny wzrost pęknięć. Mikrostruktura pokazuje jednorodne rozproszenie ziaren korundu w dwumodalnej osnowie cyrkoniowej składającej się z przemienialnych drobnych ziaren i nieprzemienialnych, dużych, ziaren o strukturze regularnej. Najlepsze właściwości uzyskuje się w temperaturach spiekania z przedziału 1350-1400°C; przy wyższych temperaturach materiał rozkłada się na fazy jednoskośną i regularną tracąc swoją wysoką wytrzymałość i odporność na pękanie.