Fracture Toughness Enhancement of Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Through Additions Of Combination Of CaCO3 And CaO - Ibrahm Sktani, Zhwan Dilshad (2016)
Alumina yang diperkuat zirkonia (ZTA) merupakan sebatian seramik yang amat berguna dalam teknologi industri masa kini. Walau bagaimanapun, sifat keliatan patah ZTA yang rendah menghadkan penggunaan yang meluas dalam bidang kejuruteraan. Oleh itu, penambahbaikan bagi keliatan patah adalah penting. Oleh yang demikian, kepentingan untuk mengekalkan kekerasan yang tinggi dan meningkatkan keliatan patah akan meningkatkan kebolehpercayaan penggunaan ZTA dalam aplikasi teknologi. Pembentukan in situ butiran memanjang CaAl12O19 di dalam seramik ZTA ketika proses pensinteran menjadi pilihan. Keadaan ini disebabkan ia lebih mudah disinter, selamat dari bahaya kesihatan dan untuk mengelakkan kaedah pensinteran yang rumit dan kurang ekonomik. Serbuk-serbuk CaO dan CaCO3 telah ditambah ke dalam ZTA, diadun basah, dimampat ekapaksi dan pembentukan ZTA melalui pensinteraan keadaan pepejal tanpa dikenakan tekanan. Kajian ini dibahagikan kepada tiga bahagian. Bahagian pertama ialah penambahan hanya CaCO3 ke dalam ZTA. Keliatan patah meningkat dari 5.95 MPa.m1/2 untuk ZTA tulen kepada 6.3 MPa.m1/2 untuk ZTA ditambah dengan 0.5 wt.% CaCO3 disebabkan oleh mekanisme pesongan retak di sepanjang butiran CaAl12O19. Walau bagaimanapun, nilai kekerasan menurun disebabkan oleh penguraian CaCO3 yang membebaskan CO2 dan membentuk mikrostruktur berliang. Oleh itu, melalui penambahan gabungan CaO dan CaCO3 ke dalam ZTA untuk mengurangkan keliangan dan serentak dengan itu mendapatkan butir-butir memanjang CaAl12O19 yang meningkatkan keliatan patah ZTA melalui mekanisme-mekanisme pesongan retak dan penyambungan retak. Di dalam bahagian kedua, gabungan penambahan di antara CaO dan CaCO3 telah ditetapkan pada 0.5 wt.%. Kekerasannya telah meningkat dan menghasilkan keliatan patah yang lebih baik disebabkan mikrostuktur ZTA yang kurang berliang dan saiz serta bentuk butir-butir CaAl12O19 yang terkawal. Komposisi optimum ZTA ialah dengan gabungan penambahan 0.4 wt.% CaO dan 0.1 wt.% CaCO3. Komposisi ini memberikan keliatan patah maksimum (6.51 MPa.m1/2) dan kekerasan yang berpatutan (1592 HV). Oleh itu, nisbah 4:1 untuk CaO:CaCO3 telah dipilih sebagai asas kepada bahagian ketiga eksperimen. Bahagian ketiga ialah kajian mengenai kesan-kesan interaksi bagi tiga parameter, suhu pensinteran, tempoh rendaman dan gabungan di antara CaO dan CaCO3 ke atas pengukuhan keliatan patah dan kekerasan Vickers ZTA. Rekabentuk Eksperimen (DOE) telah dilakukan untuk mengurangkan bilangan ujian dan sementara itu, proses pengoptimuman dijalankan untuk mengoptimumkan julat berkesan setiap respon. Selepas menggunakan Metodologi Permukaan Respon (RSM), adalah dibuktikan bahawa tempoh suhu pensinteran ialah pembolehubah yang paling berpengaruh terhadap keliatan patah dan kekerasan seramik ZTA. Keputusan optimum (keliatan patah ialah 6.84 MPa.m1/2 dan kekerasan 1615 HV) diperolehi dari suhu pensinteran pada 1600 °C, gabungan di antara CaO dan CaCO3 0.95 wt.% dan tempoh rendaman 2.14 jam. Rekabentuk-rekabentuk lain seperti Analisis Varians (ANOVA), kekurangan penyesuaian, pemetaan 3D dan Analisis Baki telah mengesahkan kesesuaian keputusan yang diperolehi. Walau bagaimanapun, pengesahan keputusan yang diperolehi daripada eksperimen-eksperimen menunjukkan bahawa keputusan optimum (keliatan patah ialah 7.1 MPa.m1/2 dan kekerasan 1584 HV) yang perolehi daripada 1.05 wt.% gabungan di antara CaO dan CaCO3, suhu pensinteran pada 1600 °C, dan tempoh rendaman 2.9 jam. Nilai-nilai ini adalah standing dengan formula daripada RSM.