Fabrication of Bulk Nanocrystalline Ceramic Materials

0318270 - ÚFP 2009 RIV US eng J - Journal Article
Chráska, Tomáš - Neufuss, Karel - Dubský, Jiří - Ctibor, Pavel - Klementová, Mariana
Fabrication of Bulk Nanocrystalline Ceramic Materials.
[Výroba objemových nanokrystalických keramických materiálů.]
Journal of Thermal Spray Technology. Roč. 17, 5-6 (2008), s. 872-877. ISSN 1059-9630. E-ISSN 1544-1016
R&D Projects: GA AV ČR KAN300430651
Institutional research plan: CEZ:AV0Z20430508; CEZ:AV0Z40320502
Keywords : thermal spraying * nanocrystalline composites * wear
Subject RIV: JH - Ceramics, Fire-Resistant Materials and Glass
Impact factor: 1.200, year: 2008

An alternative method to produce bulk nanocrystalline materials is to produce amorphous material by rapid solidification followed by controlled solid state crystallization. Four different materials studied in this work are based on near-eutectic mixtures of alumina, zirconia, and silica. Powder feedstock materials have been plasma sprayed using a water stabilized plasma torch (WSP) and subsequently heat-treated to prepare materials with nanocrystallites of 12 nm diameter on average. The as-sprayed materials have very low porosity and are mostly amorphous. The as-sprayed amorphous materials crystallize at temperatures around 950 ºC. The resulting structure is best described as nanocomposite with the very small crystallites embedded in an amorphous matrix. The role of silica on phase composition, microstructure, and mechanical properties of the as-sprayed and annealed materials is discussed. The as-sprayed amorphous materials exhibit high hardness and high abrasion resistance.

Alternativní způsob přípravy objemových nanokrystalických materiálů je založen na produkci amorfního materiálu pomocí prudkého tuhnutí s následnou kontrolovanou krystalizací v pevném stavu. Ke studiu byly vybrány čtyři materiály s odlišným složením v blízkosti ternárního eutektického bodu mezi Al2O3–ZrO2–SiO2. Počáteční práškový materiál byl nastříkán pomocí vodou stabilizovaného plazmatronu (WSP) a následně žíhán za vzniku nanokrystalů s průměrnou velikostí 12 nm. Po nastříkání byl materiál převážně amorfní, měl velmi nízkou pórovitost a krystalizoval okolo 950 ºC. Výsledná struktura je nejlépe popsána jako nanokompozitní s velmi malými krystality obklopenými zbytky amorfní matrice. V práce je diskutován vliv SiO2 na fázové složení, strukturu a mechanické vlastnosti jak nastříkaného tak vyžíhaného materiálu. Nastříkaný materiál vykazuje vysokou tvrdost a odolnost proti abrazivnímu opotřebení. Obě vlastnosti jsou významně zlepšeny u vyžíhaných materiálů s nanokompozitní strukturou.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0167730