High Temperature Mechanical Properties of Al2O3/ZrO2(Y2O3)Fibers

Sayir, Ali; Farmer, Serene C.; Dickerson, P.; Yun, H. M.

doi:10.1557/proc-365-21

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“…Los detalles acerca del procedimiento de fusión zonal por láser se describen en las referencias [12][13]. El monocristal se hizo crecer con orientación <111> gracias a una semilla de ZrO 2 (Y 2 O 3 ) a una velocidad de 38 cm/h hasta alcanzar una longitud de 20 cm.…”

Section: Técnicas Experimentalesunclassified

Degradación ambiental de las propiedades mecánicas de fibras monocristalinas de circona dopada con erbia

Pastor¹,

Ridruejo²,

Llorca³

et al. 2007

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Partiendo de fibras monocristalinas de ZrO 2 (Er 2 O 3 ) tetragonal fabricadas por un procedimiento de fusión zonal con láser (LHFZ), se efectuaron ensayos de flexión en los que se medía la resistencia mecánica en función de la temperatura (25 a 800 ºC) y el medio (aire o agua). Los ensayos fueron realizados a distintas velocidades con objeto de establecer la susceptibilidad a las condiciones ambientales. La susceptibilidad ambiental de la ZrO 2 (Y 2 O 3 ) se había asociado siempre a la desestabilización de la fase tetragonal, pero el análisis de las superficies de fractura mediante microscopía electrónica de barrido y espectroscopia Raman confocal muestran una ausencia completa de fase monoclínica en las superficies de fractura de las fibras. Esta ausencia, junto con los ensayos complementarios sobre fibras sometidas a tratamientos de recocido para eliminar las tensiones residuales provenientes del procesado, indican que el crecimiento subcrítico de grieta se debe a un mecanismo de corrosión bajo tensión.Palabras clave: circona, erbia, estructura tetragonal, susceptibilidad al ambiente, crecimiento subcrítico de grieta, corrosión bajo tensión. Environmental degradation of the mechanical properties of single-crystal erbia-doped zircona fibersThe flexure strength of tetragonal ZrO 2 (Er 2 O 3 ) single-crystal monofilaments manufactured by the laser-heated floating zone method was measured as a function of the environment (air vs. water) and temperature (from 25 to 800ºC) at loading rates spanning three orders of magnitude to ascertain their susceptibility to the environmental conditions. These mechanical tests were completed with parallel tests on fully-annealed monofilaments (to relieve the thermal residual stresses induced during growth) and by detailed analysis of the fracture surfaces using scanning electron microscopy and micro-Raman spectroscopy. While environmental susceptibility of ZrO 2 (Y 2 O 3 ) in previous investigations was always associated with the destabilization of the tetragonal phase, monoclinic phase was not detected on the fracture surfaces of the ZrO 2 (Er 2 O 3 ) monofilaments and it was concluded that slow crack growth in this material at high temperature or immersed in water was due to stress-corrosion cracking.Keywords: zircona, erbia, tetragonal structure, environmental susceptibility, slow crack growth, stress-corrosion cracking INTRODUCCIóNLa importancia de la circona como material estructural estriba principalmente en la capacidad de aumentar su tenacidad mediante la transformación de la fase tetragonal -metaestable-en fase monoclínica cuando en el entorno de la punta de la grieta se supera un determinado umbral de tensión. La literatura científica [1-3] ha descrito detalladamente algunos de los factores relevantes, tales como la cantidad y naturaleza de los elementos estabilizantes, el tamaño de grano o la presencia de tensiones residuales. Sin embargo, una de las limitaciones que presentan los materiales cerámicos de circona, de cara a su aplicación industrial es la degradación amb...

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Section: Técnicas Experimentalesunclassified

Degradación ambiental de las propiedades mecánicas de fibras monocristalinas de circona dopada con erbia

Pastor¹,

Ridruejo²,

Llorca³

et al. 2007

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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“…Ceramic eutectics have been studied because of their unpaired mechanical properties consequence of the small phase size and the high quality of interfaces. Moreover, the extraordinary regularity of the eutectic microstructure and the neatness of the interfaces usually increases the thermal stability to these compounds [3]. DSEC present higher mechanical, thermal shock resistance and fracture strength than single crystals and glasses, and a better thermal stability and retention of mechanical resistance up to temperatures near to the melting point than conventional ceramic [4].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Mechanical properties of highly textured porous Ni–YSZ and Co–YSZ cermets produced from directionally solidified eutectics

Roa

Laguna‐Bercero

Larrea

et al. 2011

Ceramics International

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It is well known that several ceramic materials develop an usual; and sometimes unique; combination of properties as a result of mixing different phases with similar expansion coefficients. Sometimes they are elastically stiff, have relatively low thermal expansion coefficients, good thermal and electrical conductivities, and are resistant to chemical attack.As this paper will show, their mechanical properties are also enhanced. Nanoindentation technique is used to measure the mechanical properties for each phase of NiO-YSZ and CoO-YSZ eutectics produced by the laser floating zone technique, and also the analogues Ni-YSZ and Co-YSZ cermets produced by reduction from the eutectics precursors.The different tests have been performed at a constant indentation depth of 100nm, in order to obtain a residual imprint lower than the size of the secondary phase and extract the hardness and Young's modulus using the Oliver and Pharr approach. Moreover, several tests have been 2 performed at 2000nm of indentation range to obtain the general response of each material. In this case, only hardness and Young's modulus of the composite can be determined. Finally, the different residual imprints have been visualized by Atomic Force Microscopy to correlate each mechanical property with each phase.

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“…Los compuestos cerámicos eutécticos Al 2 O 3 -ZrO 2 (Y 2 O 3 ) y Al 2 O 3 -Y 3 Al 5 O 12 (YAG) procesados mediante técnicas de solidificación direccional se caracterizan por presentar excelentes propiedades de fluencia [1][2][3] junto con una buena estabilidad microestructural y resistencia a la degradación ambiental cuando están expuestos a elevadas temperaturas durante largos períodos de tiempo [4][5][6]. Su elevada resistencia mecánica a temperaturas altas ha recibido muy poca atención y los resultados disponibles en la literatura son contradictorios.…”

Section: Introductionunclassified

“…En cambio, este mismo material en forma de fibras con diámetros de 100-200 µm y con resistencias del orden de 1 GPa a temperatura ambiente presenta una degradación considerable a 1100-1400ºC [3,9]. Esta degradación ocurre debido a la nucleación de defectos superficiales, caracterizados por una microestructura gruesa, y que resultan de las reacciones químicas con impurezas procedentes del ambiente y que contienen Si [3][4]. La presente investigación tiene por objetivo analizar con más detalle los factores que controlan la resistencia mecánica a elevadas temperaturas de barras de Al 2 O 3 -YAG y Al 2 O 3 -ZrO 2 (Y 2 O 3 ) procesadas mediante la técnica de fusión zonal asistida por láser.…”

unclassified

“…La resistencia mecánica de muestras masivas (0.3-0.4 GPa) se mantiene hasta temperaturas muy elevadas (1600-1700ºC en el caso de Al 2 O 3 -YAG [7][8]). En cambio, este mismo material en forma de fibras con diámetros de 100-200 µm y con resistencias del orden de 1 GPa a temperatura ambiente presenta una degradación considerable a 1100-1400ºC [3,9]. Esta degradación ocurre debido a la nucleación de defectos superficiales, caracterizados por una microestructura gruesa, y que resultan de las reacciones químicas con impurezas procedentes del ambiente y que contienen Si [3][4].…”

unclassified

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Propiedades mecánicas de cerámicos eutécticos Al2O3-ZrO2 (Y2O3) y Al2O3-YAG procesados por solidificación direccional

Pastor¹,

Oliete²,

Salazar³

et al. 2005

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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procesados por la técnica de fusión zonal asistida por láser en el intervalo de temperaturas de 25ºC a 1427ºC. Se ha investigado el efecto de la microestructura, de las tensiones residuales y de la temperatura sobre la resistencia a flexión y los mecanismos de fractura asociados para cada material. [1][2][3] junto con una buena estabilidad microestructural y resistencia a la degradación ambiental cuando están expuestos a elevadas temperaturas durante largos períodos de tiempo [4][5][6]. Su elevada resistencia mecánica a temperaturas altas ha recibido muy poca atención y los resultados disponibles en la literatura son contradictorios. La resistencia mecánica de muestras masivas (0.3-0.4 GPa) se mantiene hasta temperaturas muy elevadas (1600-1700ºC en el caso de Al 2 O 3 -YAG [7][8]). En cambio, este mismo material en forma de fibras con diámetros de 100-200 µm y con resistencias del orden de 1 GPa a temperatura ambiente presenta una degradación considerable a 1100-1400ºC [3,9]. Esta degradación ocurre debido a la nucleación de defectos superficiales, caracterizados por una microestructura gruesa, y que resultan de las reacciones químicas con impurezas procedentes del ambiente y que contienen Si [3][4]. La presente investigación tiene por objetivo analizar con más detalle los factores que controlan la resistencia mecánica a elevadas temperaturas de barras de Al 2 O 3 -YAG y Al 2 O 3 -ZrO 2 (Y 2 O 3 ) procesadas mediante la técnica de fusión zonal asistida por láser. 2.-ProceSAdoLos materiales se fabricaron utilizando polvos comerciales de Y 2 O 3 (Aldrich 99%), Al 2 O 3 (Aldrich 99%) y ZrO 2 (Alfa 99%). Se prepararon tres tipos de mezclas de polvos con distintas composiciones. La primera mezcla corresponde a la composición eutéctica del sistema alúmina/ytria y contenía 81.5% mol de Al 2 O 3 y 18.5% mol de Y 2 O 3 . Las dos mezclas siguientes corresponden a la composición eutéctica del sistema alúmina/zirconia con dos contenidos diferentes de ytria. En un caso la mezcla de polvos presentaba un 62% mol de Al 2 O 3 , 37.81% mol de ZrO 2 y 0.19% mol de Y 2 O 3 , y en el otro la mezcla estaba formada a partir de 62% mol de Al 2 O 3 , 33.44% mol de

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High Temperature Mechanical Properties of Al₂O₃/ZrO₂(Y₂O₃)Fibers

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Degradación ambiental de las propiedades mecánicas de fibras monocristalinas de circona dopada con erbia

Degradación ambiental de las propiedades mecánicas de fibras monocristalinas de circona dopada con erbia

Mechanical properties of highly textured porous Ni–YSZ and Co–YSZ cermets produced from directionally solidified eutectics

Propiedades mecánicas de cerámicos eutécticos Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-ZrO<sub>2</sub> (Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) y Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-YAG procesados por solidificación direccional

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