اثر تركيب، دماي پخت و زمان ماندگاري روي خواص سراميك هاي پايه زيركونيايي

The Effect of composition, firing temperature and soaking time on the properties of zirconia-based ceramics

هدف از اين پروژه يافتن سختي و تافنس بالا با استفاده از مواد اوليه ارزان و تجهيزات صنعتي با حداقل دما و زمان زينتر براي ساخت قطعات زيركونيايي است. افزودني‌هاي پايدارسازي باعث مي‌شوند تا در فاز مكعبي ذرات تتراگونال باقي گذارده شوند. علاوه بر اين اكثر افزودني‌هاي مورد استفاده يونهاي Y، Mg، Ce و Ca مي‌باشند كه باعث ايجاد محلول جامد با زيركونيا مي‌شوند. در اين پروژه با استفاده از افزودني‌هاي Y2O3، CeO2، MgO و CaO كه با درصدهاي متنوع با ZrO2 مخلوط و سپس گرانول سازي، پرس سرد، CIP و زينتر شدند. زيركونياي خريداري شده از طريق جار ميل و فست ميل، به اندازۀ ذرات μm7/0 رسانده شد. ساير افزودني‌ها زير nm300 خريداري شدند. زينتر در دو دماي oC 1400 و oC 1500 و در دو زمان ماندگاري 1 و 2 ساعت انجام شد. قطعات زينتر شده تحت آزمون‌هاي چگالي سنجي، سختي سنجي و تافنس قرار گرفتند. نتايج قابل قبول در تركيبات زيركونيا با ايتريا و نيز زيركونيا با سريا و با شرايط زينتر دما oC 1400 و زمان ماندگاري 2 ساعت بدست آمد. براي ZrO2-3mol%Y2O3 (سختي HV1258، چگالي 23/96%، تافنس MPa.m0.5 1/4 و درصد فاز تتراگونال 56%)، براي ZrO2-4mol%Y2O3 (سختي HV1210، چگالي 16/96%، تافنس MPa.m0.5 6/4 و درصد فاز تتراگونال 58%) و بهترين نتيجه مربوط به تركيب ZrO2-12mol% CeO2 با سختيHV 1272، تافنس MPa.m0.5 3/7 و چگالي 64/98% با اندازه دانه μm2 و 82% فاز تتراگونال حاصل شد.

The purpose of this thesis is the construction of hard and tough Zirconia bodies from economical raw materials using minimum sintering time and temperature. Stabilizers cause tetragonal particles to be remained in cubic phase. Most additives are Ca, Ce, Mg and Y ions make solid solutions with Zirconia. In this project different percents of CaO, MgO, CeO2, and Y2O3 were mixed with ZrO2 and they were sintered after granulation, cold pressing and Cold Isostatic Pressing. Using jar milling and fast milling, the particle size of purchased ZrO2 was reduced to 0.7 um. The whole needed additives were purchased with particle size below 300 nm. The green bodies were sintered in 1400 or 1500 oC for 1 or 2h. Parameters including hardness, toughness and density were measured. Best results were achieved in bodied made up of Zirconia and Y2O3, CeO2 or MgO when sintered in 1400oC for 2h. In ZrO2-3mol%Y2O3 the parameters hardness, density, toughness and the amount of tetragonal phase were 1258HV, 96.23%, 4.1MPa.m0.5 and 5.6% respectively. In addition, the mentioned parameters for ZrO2-4mol%Y2O3 were 1210HV, 96.16%, 4.6MPa.m0.5 and 58% respectively. The best results were belonged to ZrO2-12mol% CeO2 where hardness, density, toughness and the percent of tetragonal phase were 1272 HV, 7.3MPa.m0.5, 98.64% and 82% respectively.