Studium kinetiky růstu zrn oxidových pokročilých keramických materiálů

Abstract

Cílem bakalářské práce bylo studium kinetiky růstu zrn u 5 různých keramických materiálů: tetragonální ZrO2 (dopovaný 3mol.% Y2O3, s velikostí částic 80 nm), dva kubické ZrO2 (dopované 8 mol.% Y2O3, s velikostí částic 80 a 140 nm) a dva hexagonální Al2O3 (s velikostí částic 100 a 240 nm). Tyto keramické prášky byly izostaticky vylisovány a poté dále slinovány na 3 různé teploty s izotermickými výdržemi od 1 do 60 hodin. Na základě pozorování mikrostruktury bylo zjištěno, že k největšímu zhrubnutí zrna dojde během nárůstu na teplotu slinování a délka výdrže na této teplotě již není z hlediska hrubnutí významná. Pro čtyři materiály se podařilo určit aktivační energii růstu zrn QG, růstový exponent n a kinetickou konstantu k0. Aktivační energie růstu zrn byla stanovena na 511±49 kJ/mol u tetragonálního ZrO2, 645±84 kJ/mol u kubického ZrO2 a 428±75 kJ/mol a 606±24 kJ/mol u Al2O3. Porovnání QG s aktivačními energiemi slinování uvedenými v literatuře ukázalo na možnost nalezení kinetického okna slinovacího procesu u kubického ZrO2, tetragonálního ZrO2 a Al2O3 s velikostí částic 240 nm a přísadou MgO. Pro čistý Al2O3 s velikostí částic 100 nm se nalezení kinetického okna slinovacího procesu nepodařilo prokázat.

The goal of this work was to study the grain growth kinetics of five different materials: tetragonal ZrO2 (doped 3mol.% Y2O3 and particle size 80 nm), two cubic ZrO2 (doped 8 mol.% Y2O3 and particle sizes 80 and 140 nm) and two hexagonal Al2O3 (with particle sizes 100 and 240 nm). These ceramic powders were isostatically pressed and then they were isothermally sintered at 3 different temperatures for 1-60 hours. The biggest coarsening was discovered during temperature increase to sintering temperature. The dwelt at sintering temperature was not so important for coarsening. The activation energy of grain growth QG, growth exponent n and kinetic constant k0 were discovered for four materials. The activation energy of grain growth was 511±49 kJ/mol for tetragonal ZrO2, 645±84 kJ/mol for cubic ZrO2 a 428±75 kJ/mol a 606±24 kJ/mol for Al2O3. Possibility of kinetic window of sintering process for cubic ZrO2, tetragonal ZrO2, and Al2O3 with particle size 240 nm (doped MgO) were discovered by comparison of established activation energy of grain growth QG with activation energy of sintering QS from literature. Kinetic window of sintering process wasn’t found for high purity alumina with particle size 100 nm.