Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 65, Issue: 3, 2013
  • pp: 258-266

download: article (EN)

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

Abstract (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.

Keywords (EN): Degradation resistance, Mechanical properties, Y-TZP, Alumina, Composite

Właściwości mechaniczne i odporność na niskotemperaturową degradację kompozytów 2.5Y-TZP – tlenek glinu

Kern F., Gadow R.

Abstract (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.

Keywords (PL): odporność na degradację, właściwości mechaniczne, Y-TZP, Al2O3, kompozyt

return…