22907

بررسي عوامل فرايندي بر خواص و ريزساختار بدنه هاي 8YSZ تهيه شده به روش فلش سينترينگ

كارشناسي ارشد

سراميك

1396

1399/9/24

دكتر سيد محمد ميركاظمي - دكتر علي بيت الهي

مواد و متالورژي

فلش سينترينگ يكي از روش هاي نوين و جذاب براي سينتر مواد سراميكي به شمار مي رود كه در دماهايي بسيار پايين تر از دماي لازم براي سينتر معمولي آن ها، قادر به متراكم سازي نمونه است. در تحقيق پيش رو، ابتدا يك مدل شبيه سازي عددي بر پايه روش المان محدود ساخته شد تا با استفاده از آن شرايط بهينه براي انجام يك تست موفق فلش سينتر تخمين زده شود. توانايي مدل ايجاد شده براي رفع چالش هاي فني آزمايشات فلش سينتر اثبات شد. در گام بعدي، نمونه هاي استخوان سگي شكل از جنس زيركونياي پايدار شده با 8 درصد مولي ايتريا (8YSZ) با روش ريخته گري نواري آماده شدند. سپس با مدت زمان هاي نگهداري مختلف از 1 تا 60 دقيقه فلش سينتر شد. براي تحقيق بر روي تغييرات ريزساختاري و عيوب ساختاري، آناليز پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي (EIS) مورد استفاده قرار گرفتند. بر اساس نتايج، با تداوم زمان بعد از فلش رشد دانه چشمگير در ريزساختار و همچنين استحاله فازي مكعبي به تتراگونال در ماده رخ مي دهد. اندازه دانه نمونه هاي فلش سينتر شده به مدت 1 دقيقه تا 60 دقيقه، در حدود 550 نانومتر تا 5/5 ميكرومتر تخمين زده شد. علاوه بر اين، رسانايي يوني كل در ابتدا با افزايش زمان بعد از فلش از 1 دقيقه تا 20 دقيقه، از 0/045 S/cm تا 0/057 S/cm ارتقا يافت و بعد از آن تا 60دقيقه به 0/032 S/cm تنزل پيدا كرد. در حين فلش سينتر جاي خالي هاي آزاد اكسيژني در مرزدانه هاي YSZ تشكيل مي گردند كه موجب افزايش رسانايي يوني مي شوند. با ادامه يافتن اين فرآيند، غلطت بالاي جاي خالي هاي تشكيل شده موجب اعوجاج شبكه اي ساختار ماده و متعاقبا، ناپايداري فاز مكعبي ميشوند.

1399/10/09

The effects of flash sintering parameters on the properties and microstructure of 8YSZ bodies

12/15/2021 12:00:00 AM

Flash sintering is an interesting novel technique for the densification of ceramic materials in temperatures lower than those required for conventional sintering. In this study, a numerical model based on the Finite Element Method (FEM) was developed to estimate the optimum conditions for a successful flash sintering operation. The model showed to be effective for the technical challenges of flash sintering experiments. In the next step, dogbone shaped samples of 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ) were prepared using tapecasting technique. Then, the samples were flash sintered in varied post flash times (from 1 to 60 minutes). X-ray Diffraction analysis (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) were used to investigate the defect chemistry alteration and microstructural evolutions. It was demonstrated that flash sintering with extended holding times can lead to the phase transformation from cubic to tetragonal as-wellas significant microstructural grain growth i.e. from 550 nm to 5.5 m for 1 min to 60 min of post flash times. Moreover, total ionic conductivity was increased from 0.045 S/cm to 0.057 S/cm by increasing the post flash time from 1 min to 20 min then declined to 0.032 S/cm by prolonging it to 60 min. As a conclusion, it was suggested that during the flash sintering, free oxygen vacancies were generated in the grain boundaries of YSZ, which is the reason for enhanced total ionic conductivity. As this process goes on, the very high concentration of oxygen vacancies gives a rise in crystal structure distortion; consequently, destabilizing the cubic phase structure.

فلش سينتر , زيركونيا , رسانايي يوني , امپدانس الكتروشيميايي , عيوب ساختاري

flash sintering , 8YSZ , Impedance spectroscopy , Ionic conductivity , vacancy