Zirconia stabilized with a mixture of the rare earth oxides

Abstract

A hydrothermal technique was used to prepare micropowders of ZrO 2 solid solutions stabilized by the mixture of rare earth oxides and yttria (Ln 2 O 3 ) recovered from phosphogypsum. Phase compositions and particle sizes of the powders were measured. Zirconia solid solutions of cubic and tetragonal symmetry are the major phases. A larger Ln 2 O 3 concentration promotes a greater cubic phase content. Powders having low Ln 2 O 3 concentrations have small amounts of monoclinic phase present. The phase composition, fracture toughness (K Ic ) and Vickers hardness of samples sintered at temperatures ranging from 1250 to 1350°C were measured. Tetragonal and, in some cases, monoclinic zirconia solid solutions are found in the microstructure of the sintered bodies. Two ordered phases with the formulae Ln 2 Zr 2 O 7 and Ce 2 Zr 3 O 10 were also detected in the system. Tetragonal zirconia polycrystals (TZP) with high (10 MPaM 0·5 ) fracture toughness were found. Es wurde eine hydrothermische Methode angewandt, um ZrO 2 -Mikropulver herzustellen, die durch ein Gemisch von Seltenen Erd-Oxiden und Yttriumdioxid (Y 2 O 3 ) stabilisiert wurden und mit Phosphat-Gips eingehüllt wurden. Die Phasenzusammensetzungen und die Teilchengrößen der Pulver wurden bestimmt. Die Hauptphasen sind kubisches und tetragonales Zirkoniumdioxid. Ein höherer Gehalt an Y 2 O 3 führt zu einem höheren kubischen Phasenanteil. Pulver mit geringerem Y 2 O 3 -Anteil zeigen geringe Gehalte an monokliner Phase. Die Phasenzusammensetzungen, die Bruchzähigkeit (K Ic ) und die Vickers-Härte bei Temperaturen zwischen 1250 und 1350°C gesinterter Proben wurden bestimmt. Tetragonales und in einigen Fällen auch monoklines Zirkoniumdioxid können im Gefüge gesinterter Proben beobachtet werden. Zwei geordnete Phasen mit den Stöchiometrien Ln 2 Zr 2 O 7 und Ce 2 Zr 3 O 10 wurden ebenfalls im System entdeckt. Tetragonale Zirkoniumdioxid-Vielkristalle (TZP) mit hoher Bruchzähigkeit (10 MPam 0·5 ) wurden beobachtet. Une technique hydrothermique a été utilisée pour préparer une micro-poudre de ZrO 2 stabilisée par un mélange d'oxydes de terre rare (Ln 2 O 3 ) et d'oxydes d'yttrium (Y 2 O 3 ) recouverts par du phosphate de gypse. On a étudié les compositions des phases ainsi que la taille des particules. On a trouvé que la zircone de symmétrie cubique et tétragonale forme la majorité des phases. On a remarqué que l'utilisation de Ln 2 O 3 en forte concentration favorise la formation de la phase cubique et que les poudres ayant Ln 2 O 3 en faible concentration présentent une faible quantité de phase monoclinique. On a étudié la composition des phases, la ténacité (K Ic ) ainsi que la dureté Vickers sur des échantillons frittés entre 1250 et 1350°C. De la zircone tétragonale et dans certains cas de la zircone monoclinique ont été trouvées dans la microstructure des produits frittés. En outre, deux phases crystallines ayant pour formule Ln 2 Zr 2 O 7 et Ce 2 Zr 3 O 10 ont été aussi détectées. Les polycristaux de zircone tétragonale (TZP) observés, possèdent une forte ténacité (10 MPam 0·5 ).