Seryum Oksit İlaveli Alümina-zirkonya Kompozitlerinin Spark Plazma Sinterleme Yöntemi İle Üretimi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Alümina-zirkonya kompozitleri yüksek biyouyumluluk, tokluk, eğme mukavemeti gibi özelliklerinden dolayı biyomalzeme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu seramikler kristalin yapıda olup atomlar güçlü iyonik ve kovalent bağların kombinasyonu ile bir arada tutunurlar. Bu çalışmada farklı oranlarda ZrO2 içeren Al2O3 -ZrO2 kompozitlerine ağırlıkça % 3 ve 5 seryum oksit ilavesi yapılarak, spark plazma sinterleme tekniği ile üretilmesi amaçlanmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda seryum oksit ilaveli alümina-zirkonya kompozitlerinin densifikasyon davranışları, faz analizleri, mikroyapı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Üretilen kompozitlerde, saf alüminaya itriya stabilize zirkonya (3Y-TZP) ilave edilerek mikrosertlik ve kırılma tokluğu değerleri arttırılmıştır. Elde edilen en yüksek mikrosertlik değeri (hacimce) % 90 Al2O3 - % 10 ZrO2 numunesinde, 21 GPa’dır. En yüksek kırılma tokluğu değeri ise % 70 Al2O3-% 30 ZrO2 komposizyonunda 5,5 MPa•m1/2 olarak hesaplanmıştır. Ağırlıkça % 3 ve 5 seryum oksit ilavesi ile kompozitlerin mikrosertlik ve kırılma tokluğu değerlerinde düşme gözlenmiştir. % 5 seryum oksit ilaveli numunelerde mikrosertlik değeri ortalama 15,6 GPa olarak ölçülmüştür. Kırılma tokluğu hesaplamalarında %70Al2O3-%30ZrO2 numunelerinde %3 ve 5 seryum oksit ilavesi kırılma tokluğu değerini 5,5 MPa•m1/2’dan 3,7 MPa•m1/2 düşürmüştür. Azalan sertlik ve kırılma tokluğu değerleri seryum oksit ilavesi ile oluşan büyük seryum oksit tanelerine bağlıdır.

The alumina-zirconia composites are one of the relatively good and promising candidate for biomaterials applications. They have high bicompatibility and their mechanical properties combine high flexural strength with a high toughness. These ceramics are in crystalline structure and atoms hold in together with strongly ionic and covalent bondings. The aim of this study is to investigate the densification behaviour, phase analysis, microstructural and mechanical properties of the composites containing different amounts of yttria stabilized zirconia (Y-TZP) with 3 wt % and 5 wt% CeO2 prepared by spark plasma sintering The microhardness and fracture toughness of pure alumina increased with the addition of 3Y-TZP. The highest value (21 GPa) of microhardness was observed for 90%Al2O3-10%ZrO2 and the highest value (5.5 MPa.m1/2) of fracture toughness was observed for 70 %Al2O3-30% ZrO2 composition. Microhardness and fracture toughness values of composites decreased with the addition of ceria. The fracture toughness of 70%Al2O3-30%ZrO2 composite decreased from 5.5 MPa•m1/2 to 3.7 MPa•m1/2 with the addition of ceria. This situation could be related to the grain growth of ceria.