اثر ترکیب، دمای پخت و زمان ماندگاری روی خواص سرامیک های پایه زیرکونیایی

هدف از این پروژه یافتن سختی و تافنس بالا با استفاده از مواد اولیه ارزان و تجهیزات صنعتی با حداقل دما و زمان زینتر برای ساخت قطعات زیرکونیایی است. افزودنی‌های پایدارسازی باعث می‌شوند تا در فاز مکعبی ذرات تتراگونال باقی گذارده شوند. علاوه بر این اکثر افزودنی‌های مورد استفاده یونهای y، mg، ce و ca می‌باشند که باعث ایجاد محلول جامد با زیرکونیا می‌شوند. در این پروژه با استفاده از افزودنی‌های y2o3، ceo2، mgo و cao که با درصدهای متنوع با zro2 مخلوط و سپس گرانول سازی، پرس سرد، cip و زینتر شدند. زیرکونیای خریداری شده از طریق جار میل و فست میل، به اندازۀ ذرات μm7/0 رسانده شد. سایر افزودنی‌ها زیر nm300 خریداری شدند. زینتر در دو دمای oc 1400 و oc 1500 و در دو زمان ماندگاری 1 و 2 ساعت انجام شد. قطعات زینتر شده تحت آزمون‌های چگالی سنجی، سختی سنجی و تافنس قرار گرفتند. نتایج قابل قبول در ترکیبات زیرکونیا با ایتریا و نیز زیرکونیا با سریا و با شرایط زینتر دما oc 1400 و زمان ماندگاری 2 ساعت بدست آمد. برای zro2-3mol%y2o3 (سختی hv1258، چگالی 23/96%، تافنس mpa.m0.5 1/4 و درصد فاز تتراگونال 56%)، برای zro2-4mol%y2o3 (سختی hv1210، چگالی 16/96%، تافنس mpa.m0.5 6/4 و درصد فاز تتراگونال 58%) و بهترین نتیجه مربوط به ترکیب zro2-12mol% ceo2 با سختیhv 1272، تافنس mpa.m0.5 3/7 و چگالی 64/98% با اندازه دانه μm2 و 82% فاز تتراگونال حاصل شد.

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

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.