Wpływ rodzaju prekursora magnezowego oraz czasu spiekania na właściwości częściowo stabilizowanego dwutlenku cyrkonu typu PSZ

• Autorzy: Grabowy, M. , Bućko, M. M.

Warianty tytułu

EN

Influence of magnesia precursor form and sintering time on properties of partially stabilized zirconia of the PSZ type

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dwutlenek cyrkonu to jeden z częściej stosowanych obecnie materiałów konstrukcyjnych, funkcjonalnych i biomedycznych. Wytworzenie roztworu stałego, poprzez wprowadzenie do struktury ZrO2 takich tlenków jak CaO czy MgO w ilości ok. 8% mol., w połączeniu ze specyficzną technologią skutkuje powstaniem tworzywa o bardzo dobrych właściwościach mechanicznych, określanego jako częściowo stabilizowany dwutlenek cyrkonu (PSZ). Ponieważ spiekanie tego typu materiałów zachodzi równocześnie z syntezą roztworu stałego, morfologia wyjściowych proszków ma istotny wpływ na skład fazowy, mikrostrukturę i ostatecznie na właściwości mechaniczne. Podobnie silny wpływ na właściwości ma połączenie warunków spiekania z warunkami starzenia. Wytwarzane w niniejszej pracy materiały otrzymano poprzez spiekanie mieszaniny proszków, w których magnez do roztworu stałego został wprowadzony w postaci tlenku magnezu lub jego mieszaniny z proszkiem całkowicie stabilizowanego dwutlenku cyrkonu o maksymalnej zawartości MgO. Różnicowano także czas spiekania w temperaturze 1640 oC od 1 h do 5 h. Zbadano składy fazowe, mikrostruktury oraz właściwości mechaniczne uzyskanych tworzyw. Uzyskane wyniki pozwoliły na określenie korelacji pomiędzy tymi właściwościami.

EN

Zirconium dioxide is recently one of the most frequently used material for structural, functional and biomedical applications. Preparation of a solid solution by introducing into the ZrO2 structure approx. 8 mol% of CaO or MgO in combination with specific heat treatment of the solution (aging) result in a material with good mechanical properties called as partially stabilized zirconia (PSZ). Since the sintering of PSZs occurs simultaneously with the formation of the solid solution, the morphology of starting powders has a significant influence on the phase composition, the microstructure and the mechanical properties. Similarly, sintering and aging conditions have strong effects on PSZ’s properties. Materials investigated in this work were prepared by sintering of mixtures composed of baddeleyite powder and either magnesium oxide or fully stabilized zirconia solid solution with a maximum MgO content one. Time of sintering at 1640 °C was changed from 1 h to 5 h. The phase compositions, microstructure and mechanical properties of the obtained materials were studied. The obtained results allowed determining the correlation among the properties, form of the MgO precursor and sintering time.

Słowa kluczowe

PL

częściowo stabilizowany dwutlenek cyrkonu; mikrostruktura; właściwości mechaniczne

EN

partially stabilized zirconia; microstructure; mechanical properties

• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 2
• Strony: 149--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Grabowy, M.

• Zakłady Magnezytowe „ROPCZYCE" S.A., ul. Przemysłowa 1, 39-100 Ropczyce

autor

Bućko, M. M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• 1. Stevens R.: Introduction to Zirconia, Magnesium Electron Ltd., 1986.
• 2. Evans, A. G., Cannon, R.M.: Toughening of brittle solids by martensitic transformations, Acta Metal., 34, (1986), 761-780.
• 3. Grain, C. F.: Phase relations in the ZrO2-MgO system, J. Am. Ceram. Soc., 50, (1967), 288-290.
• 4. Kisi, E. H., Howard C. J.: Crystal structures of zirconia phases and their inter-relations. Key Eng. Mater., 24, (1998), 1-36.
• 5. Lange, F. F., Transformation toughening, J. Mat. Sci., 17, (1982), 225-263.
• 6. Rieth, P. H., Reed, J. S., Naumann, A. W.: Fabrication and flexural strength of ultra – fine grained yttria-stabilised zirconia, Bull. Am. Ceram. Soc., 55, (1976), 717-721.
• 7. Pyda, W, Haberko, K.: CaO-containing tetragonal ZrO2 polycrystals (Ca-TZP), Ceram. Int., 13, 2, (1987), 113-118.
• 8. Lee, W. E., Rainforth, W. M., Ceramic Microstructures Property Control by Processing, Chapmann & Hall, London, 1994.
• 9. Garvie, R. C., Nicholson, P. S.: Structure and thermomechanical properties of partially stabilized zirconia in the CaO-ZrO2 system, J. Am. Ceram. Soc., 55, 3, (1972) 152-157.
• 10. Hughan, R. N., Hannink, R. H. J., Precipitation during controlled cooling of Mg-PSZ, J. Am. Cer. Soc., 69, (1986), 556-563.
• 11. Hannink, R. H., Swain, M. V.: Magnesia-partially stabilised zirconia: the influence of heat treatment on thermomechanical properties, J. Aust. Ceram. Soc., 18 (1983), 53-62.
• 12. An, S., Zhou, T., Wu, W., Liu, Q.: Investigation of electronic conductivity and thermal shock stability for MgO partially stabilized zirconia, Solid State Ionics, 40-41, (1990), 750-753.
• 13. Liu, Q., An, S., Qiu, W.: Study on thermal expansion and thermal shock resistance of MgO-PSZ, Solid State Ionics, 121, (1999), 61-65.
• 14. Kim, D. J.: Lattice parameters, ionic conductivities, and solubility limits in fluorite-structure MO2 oxide (M = Hf4+,Zr4+,Ce4+,Th4+,U4+) solid solutions, J. Am. Ceram. Soc., 72, (1989), 1415-1421.
• 15. Pawłowski, A., Bućko, M. M., Pędzich, Z.: Microstructural evolution and electrical properties of yttria and calcia stabilised zirconia, Mat. Res. Bull., 37, (2002), 425-238.
• 16. Porter, D. L., Heuer, A. H.: Microstructural development in MgO-partially stabilized zirconia (Mg-PSZ), J. Am. Ceram. Soc., 62, (1979), 298-305.
• 17. Pampuch, R.: Współczesne materiały ceramiczne, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, 2005.
• 18. Swain, M. V.: Inelastic deformation of Mg-PSZ and its significance for strength-toughness relationship of zirconia thoughened ceramics, Acta Metall., 33, (1985), 2083-2091.
• 19. Hannink, R. H. J., Kelly, P. M., Muddle, B. C.: Transformation toughening in zirconia-containing ceramics, J. Am. Ceram. Soc., 83, (2000), 461-487.