Zirkonya Seramiklerinin Ve Zro2-tin Kompozitlerinin Üretimi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, saf ZrO2 tozlarına değişen stabilizör ve ikincil faz ilavesinin mekanik özellikler, mikroyapı, morfolojik dönüşüm ve hidrotermal davranışlar üzerine etkisi incelenmiş ve insan vücudunda kullanıma uygun özellikte alternatif yeni bir malzemenin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Farklı içerikte ve dağılımda yttia ve yttria-seria stabilizör ve Al2O3 içeren tetragonal zirkonya seramikleri hazırlanmış ve incelenmiştir. Ayrıca elektriksel olarak iletken TiN fazı içeren ZrO2-TiN kompozitleri farklı stabilizörler ilave edilerek geliştirilmiştir. Tam yoğun Y-TZP seramikleri 1450°C’de 1 saat sıcak pres sinterleme ile, tam yoğun Y-Ce-TZP seramikleri 1450°C’de 1 saat basınçsız sinterleme elde edilmiştir. Yttria kaplama ve çökelme yöntemiyle stabilize edilmiş ZrO2 seramikleri için yttria içeriği %2.5’dan%2 mole düşünce tokluk yükselmiş, sertlik düşmüştür. Yttria kaplama stabilizörlü seramiklerin hidrotermal kararlılığı çökelme stabilizörlü seramiklere göre daha yüksek bulunmuştur ve bu durum, kırılma tokluğunda düşüş ile sonuçlanmıştır. Hacimce %40-70 arası değişen TiN içeren tam yoğun ZrO2-TiN kompozitleri 1550°C 1 saat sıcak pres sinterleme ve 1550°C 4 dk spark plazma sinterleme ile elde edilmiştir. Kompozitlerin sertlik ve tokluğu, TiN içeriği, sinterleme teknikleri ve stabilizör oranlarından etkilenmiştir. Sertlik ve mukavemetteki düşüş TiN miktarı yükseldikçe oluşan büyük TiN tanelerine bağlıdır. Düşen kırılma tokluğu ise tetragonal monoklinik ZrO2 faz dönüşümünden meydana gelen dönüşüm tokluğu azalmasına bağlanmıştır. E-modülü ve hidrotermal kararlılık TiN miktarı arttıkça yükselmiştir.

In this study, yttria and yttria-ceria stabilized tetragonal zirconia ceramics with varying stabiliser content and distributionand with Al2O3 were prepared and investigated by means of microstructural analysis, mechanical properties, and hydrothermal stability, and ZrO2-TiN composites with of electrical conductive TiN particles were developed by adding different stabilizers. Fully dense Y-TZP ceramics, were achieved by hot pressing at 1450°C for 1 hour and fully dense Y-Ce-TZP ceramics were achieved by pressureless sintering at 1450°C for 1 hour. For both yttria coating and co-precipitated tecniques, the toughness increased whereas the hardness decreased when decreasing the overall yttria content from 2.5 to 2.0 mol %. Hydrothermal testing revealed that the stability of the yttria-coated powder based grades is higher than that obtained by powder mixing. Moreover, the hydrothermal stability increased with increasing overall yttria content, what actually corresponds with a decreasing fracture toughness. Fully dense ZrO2-TiN composites with TiN content ranging from 40-70 vol % were achieved by hot pressing at 1550°C for 1 hour and spark plasma sintering for 4 minutes. The hardness and fracture toughness were influenced by TiN content, sintering techniques and stabilizer content. The decreasing hardness and strength was attributed to an increasing TiN grain size with increasing TiN content, whereas the decreasing toughness was attributed to the decreasing contribution of transformation toughening from the tetragonal to monoclinic ZrO2 phase transformation. The E modulus increased linearly with increasing TiN content, whereas the hydrothermal stability increased with addition of TiN content.