بررسي سنتز، ريزساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت آلومينا / زيركونيا-كبالت

Studying the synthesis, microstructure and mechanical properties of Alumina/zirconia-cobalt composites

اين تحقيق با هدف بررسي سنتز، خواص مكانيكي و ريزساختاري كامپوزيت آلومينا- زيركونيا- كبالت صورت گرفته است. تركيب هاي حاوي 5، 10، 20 درصد حجمي از مجموع تقويت كننده هاي زيركونيا و كبالت مورد بررسي قرار گرفتند. براي تهيه پودر كامپوزيتي از آلومينا، زيركونياي پايدار شده جزئي و سولفات كبالت و پودر آلومينيوم استفاده شد و با كلسيناسيون در دماي 1100 به مدت 3 ساعت فاز اسپينل آلومينات كبالت حاصل گرديد. سپس جهت احياي كبالت از اسپينل، پودر كلسينه شده در بستر كربن در كوره الكتريكي با دماي 950 به مدت 3 ساعت قرار گرفت. نتيجه آزمون پراش اشعه ايكس حضور فازهاي Al2O3، Co، t-ZrO2و مقدار كمي m-ZrO2 را تاييد مي كند. در مرحله بعد جهت تعيين و بررسي خواص كامپوزيت Al2O3/ZrO2-Co، پودرهاي كامپوزيتي با فشار MPa 50 پرس تك محوره و سپس با فشار MPa 400 پرس ايزواستاتيك سرد شدند و سپس زينتر آنها در بستر كربن به روش بدون فشار و در دماهاي 1550، 1600 و 1650 به مدت 5 ساعت صورت گرفت. به منظور ايجاد امكان مقايسه خواص، نمونه آلوميناي خالص نيز با شرايط مذكور تهيه شد. نتايج نشان داد كه بيشترين مقدار چگالي نسبي براي نمونه كامپوزيتي حاوي% 5 حجمي زيركونيا و 5% حجمي كبالت برابر %83/9 در دماي پخت 1650 به دست آمد. استحكام خمشي و سختي اين نمونه به ترتيب برابر MPa 322 و MPa.m1/2 11/95 مي باشد كه نسبت به آلوميناي پخته شده در همان دما براي استحكام خمشي به ميزان %20/15 افزايش و سختي به ميزان %15/96 كاهش يافته بود. كاهش سختي به دليل سختي پايين فاز فلزي مي باشد و افزايش استحكام به دليل جلوگيري زيركونيا و كبالت از رشد افراطي دانه هاي آلومينا رخ داده است.

The present study aimed to investigate the synthesis، microstructural and mechanical properties of alumina/zirconia-cobalt composite. The compositions containing 5، 10، 20 Vol.% of the sum of ZrO2 and Co were studied. The composite powders were prepared through mixing of alumina powder with partially stabilized zirconia and cobalt sulfate powders followed by calcination treatment at 1100 for 3h and reduction of cobalt by aluminum powder additive، in carbon bed at 950 for 3h. The XRD analysis showed the presence of Al2O3، t-ZrO2، Co and a little m-ZrO2. In order to investigate the properties of Al2O3/ZrO2-Co composite، composite powders were pressed uniaxial followed by Cold Isostatic Pressing (CIP) at 400MPa. The prepared discs were sintered in carbon bed at 1550 1600 ، 1650 for 5h. The alumina specimen was also prepared with the same procedure. The final results showed that the highest relative density value was 83.9% obtained for the specimen with the composition containing 5vol.% ZrO2 and 5vol.% Co densified at 1650 for 5h. The bending strength and hardness of this specimen was 322MPa and 11.95MPa.m1/2 respectively. So 20.15% increment of bending strength and 15.96% decrease of hardness was observed compare to monolithic alumina. The decrease of hardness was due to the lower hardness of metallic phase and the increase of bending strength is occurred because of presence of zirconia and cobalt particles which prevent of alumina grains growth.