Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ kształtu wtrąceń na naprężenia cieplne w kompozycie regularny ZrO2-Al2O3

Bućko M.M., Pyda W., Grabowski G., Pędzich Z.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 3

59-64

PL

Posługując się kryterium kształtu, dokonano klasyfikacji wtrąceń w kompozytach regularny ZrO2-Al2O3 na wypukłe i o zmiennej krzywiźnie zarówno dodatniej, jak i ujemnej (rys. 1). Wskazano prawdopodobne mechanizmy odpowiedzialne za powstawanie wtrąceń o sklasyfikowanym kształcie, m.in. związany z kształtem cząstek wyjściowego proszku Al2O3 (rys. 2). Do oceny wpływu kształtu wtrąceń na rozwój pęknięcia określono stan naprężeń cieplnych wywołanych niedopasowaniem współczynników rozszerzalności cieplnej osnowy cyrkoniowej i wtrącenia korundu, stosując metodę elementów skończonych (MES). Analizę stanu naprężeń prowadzono dla układu izolowane wtrącenie Al2O3 - osnowa regularnego ZrO2 (rys. 3). Stwierdzono, że wartość naprężenia rozciągającego w osnowie i naprężenia ściskającego we wtrąceniu zależy od krzywizny granicy międzyfazowej (rys. rys. 4 i 5). Krzywizny dodatnie (granice wypukłe) prowadzą do zwiększenia naprężeń rozciągających w osnowie, krzywizny ujemne (granice wklęsłe) prowadzą natomiast do zmniejszenia naprężeń ściskających we wtrąceniu w obszarach przewężeń. Stwierdzono zależność pomiędzy kierunkiem propagacji pęknięcia (rys. 6) a wartością naprężeń ściskających we wtrąceniu. Uwzględniono wpływ kształtu wtrąceń korundu na odporność na pękanie kompozytów regularny ZrO2-Al2O3.

EN

Classification of inclusions for cubic zirconia-alumina composites was made using the shape criterion (Fig. 1). Two classes were selected: (i) convex inclusions, (ii) inclusions with variable positive or negative curvature. Mechanisms responsible for the inclusion formation with the classified shape were indicated. Among other things it was the mechanism related to the particle shape of initial alumina powder (Fig. 2). Influence of the inclusion shape on crack propagation was assessed by determination of thermal stress distribution caused by thermal expansion coefficient mismatch between zirconia matrix and alumina mclusion. The finite element method was used. The stress distribution in the system isolated inclusion - cubic zirconia matrix was analysed (Fig. 3). It was found that the value of tensile stress in the matrix as well as of compressive stress in the inclusion were affected by an interface curvature (Figs. 4 and 5). The positive curvatures (convex interfaces) led to an increase of the tensile stress in the matrix whereas the negative curvatures (concave interfaces) led to a decrease of the compressive stress in the inclusion. The relationship between crack propagation (Fig. 6) and the decrease of the compressive stress in the inclusion was stated. Influence of the alumina inclusion shape on fracture toughness of the cubic zirconia--alumina composites was considered.

2

Mikrostrukturalne aspekty odporności na kruche pękanie kompozytów ziarnistych regularny dwutlenek cyrkonu-tlenek glinu

Bućko M., Pyda W.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 6

39-46

PL

Kompozyty ziarniste regularny dwutlenek cyrkonu-tlenek glinu, różniące się rozmiarem i udziałem wtrąceń rozproszonych w osnowie o porównywalnym rozmiarze ziarna, otrzymano drogą spiekania swobodnego w 15OO°C przez 2 h wyprasek przygotowanych z fizycznych mieszanin proszków odpowiednich tlenków. Proszek roztworu stałego 8% mol. Y2O3-ZrO2 o symetrii regularnej otrzymano metodą hydrotermalnej obróbki wspólstrąconego osadu uwodnionych tlenków cyrkonu i itru. W preparatyce zastosowano dwa rodzaje proszków tlenku glinu: drobnoziarnisty y-AI2O3, będący prekursorem małych wtrąceń w kompozytach, oraz otrzymany z niego drogą prażenia gruboziarnisty a-Al2O3, będący prekursorem wtrąceń o dużych rozmiarach. Kompozyty poddano badaniom mikrostrukturalnym oraz mechanicznym. Ilościowego określenia parametrów mikrostrukturalnych dokonano na podstawie analizy numerycznej obrazów SEM, wykonanych na trawionych termicznie zgładach. Wartości twardości oraz współczynnika krytycznej intensywności naprężeń określano za pomocą metody Vickersa. Badania twardości i odporności na pękanie wykazały, że charakter zmian tych wielkości wraz ze wzrostem zawartości tlenku glinu w kompozytach nie zależy od rozmiaru wtrąceń. Stwierdzono wpływ zagęszczenia kompozytów zarówno na twardość, jak i KIc. Dodatek tlenku glinu powodował wzrost wartości KIc aż do osiągnięcia maksimum przy udziale zależnym od rozmiaru wtrąceń (5 lub 10%), po czym obserwowano spadek odporności na pękanie kompozytów. Wykazano, że mikrostruktura kompozytów ziarnistych złożonych z osnowy całkowicie stabilizowanego dwutlenku cyrkonu oraz z wtrąceń tlenku glinu istotnie oddziałuje na odporność na kruche pękanie tych tworzyw. Stwierdzono, iż zmniejszanie rozmiaru wtrąceń przydanym ich udziale znacznie poniżej rozmiaru ziaren osnowy (więcej niż 3-krotne) nie prowadzi do wzrostu odporności na pękanie. Największy przyrost odporności na kruche pękanie kompozytów zaobserwowano przy rozmiarach wtrąceń porównywalnych z rozmiarem ziaren osnowy.

EN

The cubic zirconia-alumina particulate composites were prepared by means of pressureless sintering for 2 hrs at 1500oC of green bodies obtained from a physical mixture of the constituent powders. The composites differed from each other in a size and a content of inclusions but showed a comparable grain size of the matrix. A co-precipitation method followed by hydrothermal crystallization of the yttria-zirconia hydrogel was used to prepare the powder of 8 mol% Y2O3-ZrO2 zirconia solid solution of cubic symmetry. Two different alumina powders were used in the study. The fine-grained y-Al2O3 powder was a precursor of small alumina inclusions in the composites. The coarse-grained a-Al2O3 powder obtained via calcination of the y-Al2O3 powder was a precursor of those of a large size. Microstructure and mechanical properties of the composites were investigated. A numerical analysis of SEM micrographs, taken from the polished and thermally etched surfaces, was applied to measure microstructural parameters quantitatively. The values of hardness, HV, and critical stress intensity coefficient KIc, were assessed in the Vickers indentation test. The nature of changes of HV and KIc with alumina content in the composites was independent on the inclusion size. Both HV and KIc were strongly affected by density of the composites. The gradual additive of alumina increased fracture toughness as far as it reached a maximum at the content (5 or 10%), which depended on the alumina inclusion size. A further increase of the alumina content caused the deterioration of fracture toughness. It was proved that the microstructure of the cubic zirconia-alumina particulate composites strongly influenced the fracture toughness. It was found that at the constant content of the inclusions, decreasing their sizes significantly below the grain size of the matrix (more than 3 times) did not lead to the increased values of fracture toughness. The highest increase in fracture toughness was found when the inclusion size was comparable to the matrix grain size.

3

Moduł Weibulla kompozytów ziarnistych na osnowie ceramiki TZP

Pędzich Z.

Kompozyty

|

2002

|

R. 2, nr 3

38-41

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).