Processing and characterization of alumina - zirconia textured ceramics

Titel in Übersetzung: Herstellung und Charakterisierung von texturierten Aluminiumoxid-Verbundwerkstoffen

Marlies Wratschko

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Das bioinspirierte „Brick and Mortar“ – Konzept hat sich als eine effektive Strategie bewährt, die Schadenstoleranz von keramischen Werkstoffen zu verbessern. Die Theorie basiert auf Energie – Dissipation, gewährleistet durch Rissablenkungen, Verzweigungen oder Rissstopp während des Risswachstums in einem Gefüge mit bevorzugter Kornorientierung. Dies führt zu einem verbesserten Bruchverhalten und einem Anstieg der Bruchzähigkeit in Keramiken.
Diese Arbeit konzentriert sich auf die Herstellung und Charakterisierung von (i) monolithischem texturierten Aluminiumoxid (TA) und (ii) Verbundwerkstoffen, mit dem Ziel; den Einfluss einer zweiten Phase auf texturiertes Gefüge hinsichtlich Texturentwicklung, sowie die daraus resultierenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften, zu untersuchen.
Für die Herstellung von monolithischem texturierten Aluminiumoxid mit SiO2 + CaO als Flüssigphasenzusatz, wurde das „Tape Casting“ Verfahren verwendet. Das endgültige Gefüge wurde mittels der Methode des „Templated Grain Growth“ (TGG) während des Sintervorgangs realisiert. Zusätzlich wurden Verbundwerkstoffe mit Aluminiumoxid und unterschiedlichen Zusammensetzungen von 0,5 Vol.% – 20 Vol.% monoklinem Zirkonoxid (m-ZrO2) hergestellt. Sowohl das monolithische Material als auch die Verbundwerkstoffe wurden auf das Gefüge, deren physikalischen und mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Die Qualität der Textur wurde mittels XRD Messungen bestimmt. Die Härte wurde mit dem Härteprüfverfahren nach Vickers und die Bruchzähigkeit mit der Single Edge V – Notched Beam Methode (SEVNB) gemessen.
Um zu verstehen, wie sich eine Textur in einem keramischen Werkstoff auf z.B die Schadenstoleranz auswirkt, wurden die monolithischen Proben sowohl senkrecht als auch parallel zur Grundfläche der bevorzugten Kornorientierung auf ihre Bruchzähigkeit geprüft. Dabei wurde anisotropes Bruchverhalten beobachtet. Die senkrecht orientierten Proben wiesen jeweils höhere Bruchzähigkeitswerte auf. Die Verbundwerkstoffe wurden ausschließlich senkrecht zur Kornorientierung getestet. Interkristallines Bruchverhalten konnte für reines TA und TA mit geringem Zirkonoxid – Gehalt (0,5 Vol.%) beobachtet werden. Mit höherem Volumsanteil an zweiter Phase (ab 1 Vol.%), wurde transgranulare Rissausbreitung festgestellte. Weiters konnte beobachtet werden, dass mit zunehmendem Anteil an zweiter Phase die Textur in den Verbundwerkstoffen abnimmt. Dies ist auf die Behinderung des Kornwachstums während der Gefügeausbildung zurückzuführen. Ein hoher Orientierungsgrad wurde bis ≈ 2 Vol% m-ZrO2 erreicht. Darüber hinaus wurde mit zunehmender zweiter Phase eine höhere relative Dichte und eine Verbesserung der Vickers – Härte erzielt, jedoch auch eine nachteilige Wirkung auf die Bruchfestigkeit. Die Ergebnisse dieser Arbeit bieten die Möglichkeit, durch den Einbau einer zweiten Phase in texturiertes Aluminiumoxid, maßgeschneiderte Dichte, Härte als auch Zähigkeitseigenschaften herzustellen.
Titel in ÜbersetzungHerstellung und Charakterisierung von texturierten Aluminiumoxid-Verbundwerkstoffen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Bermejo, Raul, Betreuer (intern)
  • Hofer, Anna-Katharina, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung22 Okt. 2021
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • texturiertes Aluminiumoxid
  • Phasenverstärkung
  • Templated Grain Growth (TGG)
  • "Tape Casting" Prozess
  • Schadenstoleranz

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