Y-TZP/Ce-TZP ceramics having relative sintered densities of>95% average grain sizes of 0.36$\mu\textrm{m}$ microhar-dness of 1150 kg/mm2 fracture strength of 390-830 MPa and toughness of 6.4-10.2 MPa$.$mm1/2 were prepared by conventional sintering of 3 mol% Y2O3-ZrO2 and 12 mol% CeO2-ZrO2 powders at 1400 and 1500$^{\circ}C$ The average grain sizes of Y-TZP/Ce-TZP ceramics were mainly governed by those of Ce-TZP. White increasing Ce-TZP content toughness increased while microhardness and fracture strength decreased. With comparing microhardness and toughness fracture strength was more sensitive on not only grain size but also other factors such as microstructural and compositional variations. The densification of Y-TZP/Ce-TZP cermaics was not greatly affected by composition and soaking time at temperature over 1400$^{\circ}C$ With increasing CE-TZP content the stability of t-ZrO2 decreased under thermal aging in air whereas increased in hydrothermal atmosphere and aqueous solution.
Two kinds of $Al_2O_3/TZP$ composites were prepared using the liquid infiltration of 3Y-TZP and 12Ce-TZP precursors into hte sintered porous $Al_2O_3$. Small TZP additions(~11.0wt%) had increased the strength(19~59%) and fracture toughness(14~157%) of the sintered Al2O3 material($1600^{\circ}C$, 2h). The addition of 3Y-TZP was effective on case of the strength. By the way, in case of the fracture toughness that of 12Ce-TZP was effective. Infiltrated TZP was concentrated on the surface where its grain growth was enhanced and $Al_2O_3$ grain growth was effectively inhibit-ed, when compared to the inner region of the composite. The indentation crack was propagated through both intergranular modes and transgranular and the proportion if intergranular fracture was the larger in $Al_2O_3/12Ce-TZP$.
The effect of aliovalent dopants, $ Nb_2O_5$ and MnO, on the phase stability of 12 mol% ceria partially-stabilized zirconia (Ce-TZP) polycrystals was studied. Both dopants (MnO and $ Nb_2O_5$) significantly increased the stability of the tetragonal zirconia phase (Mb temperature lower than liquid nitrogen temperature). The enhancement of the stability of the tetragonal phase in Ce-TZP doped with 1 mol% of Mno(Ce-TZP/MnO) andCe-TZP doped with 1 mol% of $ Nb_2O_5$(Ce-TZP/$ Nb_2O_5$) were explained by the significant reduction of the driving force, -${\Delta}$Gchem, for the tetragonal-to-mono-clinic phase transformation caused by the addition of MnO and $ Nb_2O_5$. The enhanced stability of the tetragonal phase in the Ce-TZP and Al2O3 composite (Ce-TZP/$Al_2O_3$) is believed to be caused by smaller grain size, moderate reduction in the chemical driving force and increase in the strain energy barrier to the transformation. Mechanical properties of the Ce-TZP and the Ce-TZP/$Al_2O_3$ with (i) the same grain size and (ii) the same Mb temperature were examined by measuring stress-strain behavior in 3 point bending. The Ce-TZP/$Al_2O_3$ composite doped with 1.3w% MnO (Ce-TZP/$Al_2O_3$/MnO), which had the same grain size as the Ce-TZP and De-TZP/$Al_2O_3$ showed more transformation plasticity than either the Ce-TZP or the Ce-TZP/$Al_2O_3$ composite. The Ce-TZP wihch had the same Mb temperature as that of the Ce-TZP/$Al_2O_3$/MnO did not show any transformation plasticity.
Zr(Y,Ce)O2 TZP ceramics were prepared by sintering compacts of 3 mol% Y2O3-TZP(3Y-TZP) powders with different amount of 12 mol% CeO2-TZP(12Ce-TZP) in air at 140$0^{\circ}C$ for 2 h. The phase changes microstructure and mechanical properties of Zr(Y. Ce)O2 TZP after hydrothermal aging(20$0^{\circ}C$ 5h) were investigated. Although an addition of 12Ce-TZP accelerated the grain growth of Zr(Y, Ce)O2 TZP it restrained the transformation of tetragonal to the monoclinic phase during aging. The degradation in mechanical properties of sintered bodies was governed by the formed monoclinic phase and chemical composition. Induced Vickers indentation crack was propagated intergranually. From SEM observation of the fracture surfaces the pull-out of individual grain was confirmed.
Duplex composites such as Y-TZP/Y-TZP-20 wt.% Al2O3 and Y-TZP/Y-TZP- 40 wt.% Al2O3 were made by mixing the sieve-shaked granules followed by isostatic pressing and sintering at 150$0^{\circ}C$ for 1 hour. So Y-TZP became matrix region and Y-TZP-20 wt.% Al2O3 or Y-TZP-40 wt.% Al2O3 became dispersed regions. In these composites, propagating cracks due to thermal shock always run into the dispersed region because these regions act as compressive zone due to low thermal expansion than matrix region. So duplexes having dispersed regions of Y-TZP-40 wt.% Al2O3 showed higher retained strength after thermal shock than matrix only composites because crack propagations were stopped more or less in the dispersed region. But when crack propagations were much more easy than matrix like Y-TZP-20 wt.% Al2O3 region, retained strength was decreased than the matrix only composites despite of the low initial strength.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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제2권2호
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pp.63-70
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1992
$AI_2O_3/Ca-TZP$ composites was prepared by using the starting powder of alumina and Ca-TZP synthesized by hydrothermal reaction and investigated to its characteristics. The ratio of tetragonal zirconia to monoclinic within $AI_2O_3$ matrix was decreased with an addition of Ca-TZP content, but the absolute amount of tetragonal phase in composites was increased with an addition of Ca-TZP content. The value of fracture toughness in $AI_2O_3/Ca-TZP$composites was proportional to the amounts of transformed tetragonal phase which formed by crack propagation in fracture, and therefore, it was gradually increased with an addition of Ca- TZP content.
90.24 mol% ZrO$_2$-5.31 mol% $Y_2$O$_3$-4.45 mol% Nb$_2$O$_{5}$ 조성의 (Y,Nb)-TZP와 (Y,Nb)-TZP/Al$_2$O$_3$복합체를 155$0^{\circ}C$~1$600^{\circ}C$에서 1~2시간 소결하여 제조하였다. 시편의 결함에 대한 저항성을 조사하기 위하여 R-curve, Weibull modulus, slow crack growth 변수 등을 조사하였다. 실험결과, (Y,Nb)-TZP와 (Y,Nb)-TZP/Al$_2$O$_3$복합체 모두 상용 3Y-TZP 보다 우수한 결함 저항성이 관찰되었다. (Y,Nb)-TZP/Al$_2$O$_3$복합체의 결함 저항성은 $Al_2$O$_3$첨가에 의한 결정립 가교 인화, 분산강화, R-curve 효과에 의한 것으로 추정된다.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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제3권1호
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pp.37-44
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1993
Calcia stabilized zirconia polycrystal (Ca-TZP) powders synthesized by hydrothermal treatment was sintered at a temperature range of $1200^{\circ}C~1400^{\circ}C$ and investigated the properties of sintered body and the behaviors of isothermal phase transformation. The sintered bodies of Ca-TZP were shown the density of about 97% and the average mean tetragonal grain size of about $0.1~0.25{\mu}m$. Also, Ca-TZP specimen was more stable during aging at $250^{\circ}C$ than that of Y-TZP ceramics.
Y-TZP(Yttria-stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal) ceramics are of great interest as engineering and structural materials due to their excellent mechanical properties arising from transformation toughening, it is also reported that the 3Y-TZP($3 mol\%$ Yttria-stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal) has the best mechanical properties in Y-TZP ceramics. But to use widely for engineering and structural materials, it remains an important challenge to be able to improve its fracture toughness. In order to produce the 3Y- TZP ceramics showing much better mechanical properties, milling method adding monoclinic zirconia to 3Y-TZP was adopted and the resultant mechanical properties containing apparent density and fracture toughness were measured by using proper techniques. Experimental results showed that the 3Y-TZP specimen containing $33 wt\%$ of monoclinic zirconia, which was sintered at $1450^{\circ}C$, has the highest fracture toughness value of $11.38 MPa{\cdot}m^{1/2}$ which is three times higher than that of normal 3Y-TZP ceramics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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