23814

بررسي تاثير تركيب هاي حاوي تيتانيا بر خواص مكانيكي و ريز ساختاري كامپوزيت هاي آلومينا- زيركونيا

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي - گرايش سراميك

1399

1399/11/28

دكتر رحيم نقي زاده

دكتر مهدي ملكي

مهندسي مواد و متالورژي

اين تحقيق با هدف بررسي تاثير افزودني تيتانيا (TiO2) بر زينتر، ريز¬ساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت هاي آلومينا- زيركونيا (ZrO2-Al2O3) صورت گرفته است. از اين رو كامپوزيت آلومينا- زيركونيا (ZTA) با نسبت وزني 85 درصد Al2O3 و 15 درصد ZrO2 تهيه و تاثير افزودن مقادير مختلفي از TiO2 با نسب هاي وزني 1، 3، 5 و 7 درصد مورد مطالعه قرار گرفت. مخلوط پودر اوليه حاوي پودر¬هاي α-Al2O3، 3YSZ (ZrO2-3%mol Y2O3) و anatase-TiO2 با روش كامپوزيت سازي مكانيكي و استفاده از آسياب ماهواره اي مخلوط و پس از پرس به دو روش تك محور (100 مگاپاسگال) و پرس سرد ايزواستاتيك (450 مگاپاسكال) در كوره باكسي در دماي 1600 درجه سانتي گراد براي 2 ساعت زينتر بدون فشار (PLS) گرديد. نتايج نشان داد كه تيتانيا تاثير بسيار خوبي بر زينتر پذيري و افزايش دانسيته بدنه¬هاي كامپوزيتي داشته و بيشترين چگالي نسبي (98 درصد)، بيشترين استحكام شكست (564 مگاپاسكال)، بالاترين سختي (16 گيگاپاسكال) و بيشترين تغييرات افزايش چقرمگي شكست (21 درصد) مربوط به نمونه¬هاي حاوي 1 درصد وزني تيتانيا بوده است. همچنين مشاهده شد با افزايش درصد افزودني تيتانيا (به 3 درصد و بيشتر) در يك نگاه كلي خواص مكانيكي افت كرده است. همچنين نتايج آناليز XRD بيانگر استحاله شديد فاز زيركونيا تتراگونال به زيركونيا مونوكلينيك در درصد¬هاي بالاي تيتانيا (5 و 7 درصد) و در نتيجه آن، ايجاد شبكه وسيعي از ميكرو ترك ها و تشكيل فاز¬ مياني بر اثر واكنش زيركونيا و تيتانيا در دما بالا مي¬باشد. آناليز SEM و EDS نيز حضور فاز تياليت (Al2TiO5) و همچنين رشد دانه افراطي آلومينا در اثرافزودن تيتانيا بالاتر از 3 درصد وزني را نشان مي دهد. همچنين تصاوير SEM از نحوه انتشار ترك بيانگر حضور مكانيزم هاي هم افزا چقرمه سازي، علاوه بر چقرمگي استحاله اي فاز زيركونيا تتراگونال و چقرمگي ميكروترك هاي فاز زيركونيا مونوكلينيك در بدنه سراميكي مي باشد

1399/12/14

Studying effect of compounds containing titania on the mechanical properties and microstructure of alumina-zirconia composite

2/17/2022 12:00:00 AM

The present study aimed to investigate the effect of titania additive (TiO2) on the sintering, microstructure and mechanical properties of alumina-zirconia (ZrO2-Al2O3) composites. Therefore, alumina-zirconia composite (ZTA) with a weight ratio of 85% Al2O3 and 15% ZrO2 was prepared and the effect of adding different amounts of TiO2 with weight ratios of 1, 3, 5 and 7% was studied. Primary powder mixture containing α-Al2O3, 3YSZ and anatase-TiO2 is mixed by mechanical mixing method, using Planetary milling and after pressing by two methods of single axis (100 MPa) and cold isostatic press (450 MPa), It was sintered pressureless (PLS) for 2 hours at 1600 ° C in a box furnace. The results showed that titania had a very good effect on sinter ability and densification of composite and the highest relative density (98%), highest fracture strength (564 MPa), highest hardness (16 GPa) and the highest increase in fracture toughness (21%) was for samples containing 1% of titania. It was also observed that with increasing titania additive percentage (to 3% and more) in a general view the mechanical properties decreased. The results of XRD analysis also indicate the severe transformation of the tetragonal zirconia to monoclinic zirconia at high titania percentages (5 and 7%), thus, formation of a large network of microcracks and the formation of the intermadiate phase. SEM and EDS analysis also show the presence of tialite phase (Al2TiO5) as well as extreme alumina grain growth due to the increase of titania above 3%. SEM images of crack propagation also show the presence of Synergistic toughening mechanism, in addition to the tetragonal zirconia phase transformation toughening and the micro cracking toughening of monoclinic zirconia phase in the ceramic body.

كامپوزيت آلومينا--زيركونيا- تيتانيا , خواص مكانيكي , زينتر بدون فشار , چقرمه سازي , زيركونيا تتراگونال

Alumina-zirconia-titania composite , mechanical properties , pressureless sintering , toughening , tetragonal zirconia