Synthese und mechanische Eigenschaften ultrafeinkörniger ZrO2(Y2O3) - Al2O3 Komposite aus metastabilen Pulvern (PDF)

Keramische Werkstoffe mit ultrafeinkörnigem Gefüge sind durch sehr gute mechanische Eigenschaften gekennzeichnet. Die Herstellung dieser Materialien ist allerdings oftmals noch eine Herausforderung, da Verdichtung und Kornwachstum während des Sinterns nicht unabhängig voneinander ablaufen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die metastabile Prozessroute zur Herstellung ultrafeinkörniger Keramiken mit der Zusammensetzung ZrO2 (3mol% Y2O3) – 20 Gew.-% Al2O3 untersucht. Ausgangspulver wurden mittels Flüssigstockstoff gekühltem Plasmaspritzen hergestellt. Diese Pulver sind durch einen hohen Grad an Metastabilität gekennzeichnet. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit wurde die Phasenseparation unterdrückt. Übersättigte Mischkristallphasen wurden auf diese Weise erzeugt, welche anschließend während des Verdichtungsprozesses auskristallisieren. Die Pulver wurde mittels Ultrahochdrucksintern und feldunterstütztem Sintern verdichtet. Die so erzeugten Werkstoffe waren aufgrund der kurzen Prozesszeiten ebenfalls durch einen hohen Grad an Metastabilität gekennzeichnet.
Aufgrund der besonderen Kombination eines metastabilen Ausgangspulvers mit einem sehr schnellen Verdichtungsprozess konnten Mikrostrukturen erzeugt werden, die sich nur schwer durch andere Prozesse darstellen lassen. Die Struktur zeigte sich dabei förderlich für das superplastischen Verformungsverhalten. Resultierend aus der Dotierung der Körner mit aliovalenten Kationen, wurde eine im Vergleich zum konventionell prozessierten Material gesteigerte Dehnrate bei gleicher Spannung erzielt.
Der dargestellte Prozess eröffnet neue Möglichkeiten für Materialien mit verbesserten Eigenschaften, welcher sich auch auf andere Systeme ausbauen lässt.