V. L. Arantes, A. L. P. Neto, S. Silveira

Zwei-Stufen-Sintern von funktionell gradierten Aluminiumoxid/Zirconiumdioxid-Werkstoffen

Two-Step Sintering of Alumina/Zirconia Functionally Graded Materials

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Das Interesse an funktionellen Gradientenwerkstoffen (FGM, functionally graded materials) ist in den letzten zwei Jahrzehnten aufgrund der Möglichkeit, Bauteile und Vorrichtungen mit einer kontinuierlichen Änderung ihrer Eigenschaften in eine oder mehrere Richtungen herzustellen, immer stärker geworden. Diese kontinuierliche Änderung ermöglicht eine optimale Leistung als Funktion des Einsatzzwecks. Andererseits ist der Prozess des Zwei-Stufen-Sinterns eine relative neue Methode, bei der die Formstücke auf eine relative Dichte von 75 – 92 % der theoretischen Dichte erwärmt und anschließend schnell auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt und auf dieser Temperatur bis zum Ende des Verdichtungsprozesses gehalten werden. Daraus ergibt sich die Entwicklung feinerer Mikrostrukturen, die für bessere mechanische Eigenschaften sorgen. In der vorliegenden Arbeit wurden durch Aluminiumoxid und Yttriumoxid stabilisierte Zirconiumdioxid-Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Mengen an 3Y-ZrO2 mit Hilfe der Dilatometrie charakterisiert. Nach der Anpassung des thermischen Verhaltens der unterschiedlichen Verbundwerkstoffe während des Sinterns und nach der Bestimmung der Temperatur der maximalen Verdichtungsgeschwindigkeit wurden FGMs mit verpressten Einzelschichten hergestellt. Danach wurden die Proben mit Hilfe der drucklosen traditionellen Methode und des Zwei-Stufen-Sinterns mit einer Spitzentemperatur von 1450 °C und einer Haltetemperatur von 1350 °C gesintert. Die Mikrostruktur wurde mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops untersucht und die mechanischen Eigenschaften (Mikrohärte und Bruchzähigkeit) bestimmt, um drucklos gesinterte FGMs bei 1500 °C mit zwei-Stufen-gesinterten FGMs zu vergleichen.

Bibliographie
V. L. Arantes, A. L. P. Neto, and S. Silveira (2018). Two-Step Sintering of Alumina/Zirconia Functionally Graded Materials. Practical Metallography: Vol. 55, No. 5, pp. 303-318.
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ISSN 0032-678X