添加物對釔安定氧化鋯/氧化鋁複合材料機械性質之影響

Effect of Oxide Additions on the Mechanical Properties of Yttria-Stabilized Zirconia/Alumina Composites

洪碧娟(Pi-Chuan Hung)

指導教授 ： 徐永富 ； 王錫福

國立臺北科技大學/工程學院/材料及資源工程系研究所/碩士(2013年)

摘要

本研究是根據文獻比例以80 wt%的釔安定氧化鋯(3YSZ)及20 wt%的氧化鋁(α-Al2O3)做為複合材料，再摻雜不同比例的金屬氧化物，氧化鈣、氧化鈦、氧化鎳、氧化鈮、氧化鋅五種，在1400oC-1600oC區間燒結，探討氧化物摻雜量及燒結溫度對3YSZ/Al2O3複合材料的微結構與機械性質影響，以利未來應用。
實驗結果顯示，3YSZ/Al2O3複合材料經摻雜過後，硬度皆微幅下降，僅摻雜氧化鈦的硬度略有提升；韌性摻雜後大多略有提升；晶粒尺寸隨摻雜量增加而增加。在1450oC-1550oC區間燒結具有較佳的機械性質。最佳的摻雜氧化物為氧化鈦，摻雜氧化鈦可以降低燒結溫度，且可穩定在室溫下介穩態的正方晶相，最佳摻雜比例為3 wt% TiO2，在1500oC燒結後，密度為5.29 g/cm3、硬度為1268 Hv、韌性值為8.65 MPa∙m1/2、抗折強度為416 MPa。

關鍵字

釔安定氧化鋯 ； 氧化鋁 ； 複合材料 ； 摻雜

並列摘要

This study is based on previous research, by doping five different kind of metal oxides, including calcium oxide, titanium oxide, nickel oxide, niobium oxide, and zinc oxide in the composite material of 80 wt% of 3 mol% yttria stabilized zirconia (3YSZ) and 20 wt% of α-alumina (α-Al2O3), then sintered at 1400oC-1600oC. The effect of doped oxide content and sintering temperature on microstructure and mechanical properties of 3YSZ/Al2O3 composite was investigated, in order to facilitate future applications.
The experimental results show that, all the hardness of 3YSZ/Al2O3 composite slightly decreased after doping, except of doping titanium oxide. The toughness slight increased after all kinds of oxide doping. The grain size increases with increasing doping content. It shows better mechanical properties at sintering temperature 1450oC to 1550oC.
The best doped oxide is titanium oxide. Because of the doping of titanium oxide can reduced of sintering temperature, and stabilized the metastable tetragonal phase. The optimum doping concentration of TiO2 is 3 wt%, and the best sintering temperature is 1500oC. It has a density of 5.29 g/cm3, hardness value of 1268 Hv, toughness value 8.65 MPa∙m1 / 2, and the bending strength is 416 MPa.

並列關鍵字

yttria stabilized zirconia ； alumina ； composite material ； dopant

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