ساخت سرامیک آلومینا و کامپوزیت آلومینا – زیرکونیا به روش ریخته‌گری ژله‌ای با استفاده از زیرکونیای پایدارشده با ایتریا

ریخته گری ژله ای به عنوان روشی نوین و بهینه و آسان در ساخت سرامیک، با قابلیت شکل دهی سرامیک به اشکال پیچیده در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. این روش ترکیبی از شیمی پلیمر و فرآیند ریخته گری دوغابی است که در آن دوغاب غلیظی از پودر سرامیک و مونومرهای آلی داخل قالب ریخته شده و با گرفتن شکل قالب به خود، درجا به پلیمر تبدیل می شود. پژوهش های زیادی در رابطه با رئولوژی دوغاب های استفاده شده در روش ریخته گری ژله ای انجام یافته است اما نتایج چندانی در رابطه با خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های آلومینازیرکونیای ساخته شده با این روش وجود ندارد. در این پژوهش نمونه سرامیک آلومینا (a100) با میزان 45% حجمی پودر آلومینا در دوغاب و نمونه کامپوزیت آلومینا - زیرکونیا (a90-z10) با میزان 45% حجمی از مخلوط پودرهای سرامیکی در دوغاب، که این میزان پودر مخلوط شامل 90% حجمی آلومینا و 10% حجمی زیرکونیای پایدار شده با ایتریا است، با استفاده از روش ریخته گری ژله ای ساخته شدند و نهایتا قطعات در دمای ˚c1650 تف جوشی شدند. نتایج حاصل از پراش اشعه ایکس حضور فاز تتراگونال زیرکونیا را در کامپوزیت آلومینا - زیرکونیا تایید کرده است. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی ساختار یکنواختی را برای دو نمونه ساخته شده a100 و a90-z10 نشان می دهد و برای نمونه a90-z10 بیانگر توزیع نسبتا یکنواخت ذرات زیرکونیا در زمینه آلومینا است. نتایج حاصل از خواص فیزیکی نشان داد که می توان با روش ریخته گری ژله ای به میزان چگالی نسبی مطلوبی برای ساخت کامپوزیت آلومینا - زیرکونیا (89.7%) دست یافت. نتایج حاصل از خواص مکانیکی نشان داد که با افزودن تقویت کننده زیرکونیا به قطعات آلومینایی، استحکام خمشی و چقرمگی قطعه کامپوزیت (a90-z10) در برابر قطعه آلومینای خالص (a100) به ترتیب در حدود 13.27% و 28.94% افزایش داشته است. از طرفی سختی قطعه کامپوزیت نسبت به قطعه آلومینای خالص به میزان 9.7% کاهش داشته است.

Fabrication of alumina ceramic and alumina-zirconia ceramic composite with yttria-stabilized zirconia by gelcasting method

In recent years gelcasting has been considered as a novel, simple and optimal method for making of complex ceramic parts. This method is a combination of polymer chemistry and slip processing in which a suspension of ceramic powders and organic monomers poured in to a mold to form a green body in the shape of mold cavity by undergoing an insitu polymerization. A lot of studies have been conducted on rheological aspects of gelcasting suspensions, but there are not enough data published for physical and mechanical properties of aluminazirconia ceramic composites produced by gelcasting. In this research alumina ceramic (A100) with solid loading of 45 vol.% and aluminazirconia ceramic composite (A90-Z10) with solid loading of 45 vol.% containing 90 vol.% alumina and 10 vol.% yttria stabilized zirconia were fabricated by gelcasting method and green bodies sintered at 1650 °C. Xray diffraction pattern confirms tetragonal phase of zirconia in aluminazirconia ceramic composite. SEM results show a uniform microstructure in both fabricated ceramics of A100 and A90-Z10. SEM results for aluminazirconia ceramic composite show welldispersed zirconia particles in alumina microstructure. Relative density results confirm that it is possible to reach a high value for aluminazirconia composite (89.7%) with gelcasting method. Results for mechanical properties show that welldispersed zirconia in alumina can increase its bending strength (+13.27%) and fracture toughness (+28.94%) in comparison to pure alumina ceramic fabricated with same method. On the other hand, aluminazirconia ceramic composite hardness is reduced by 9.7% in comparison to pure alumina ceramic.