알루미나가 분산된 세리아 안정화 지르코니아 세라믹스의 미세구조

Microstructure of alumina-dispersed Ce-TZP ceramics

불규칙 입자형성을 갖는 Ce-TZP와 알루미나가 분산된 Ce-TZP 세라믹스를 세라아 도핑조선과 열처리 조건을 변화시켜 제조한 다음, 미세구조를 관찰하였다. 제조된 시편들은 상대밀도가 99% 이상인 고밀도의 소결체였으며, 정방정 및 입방정상 지르코니아 입자로 구성되었다. 도핑하지 않거나 소결만 시킨 시편의 경우 직선적인 입계와 정상적인 입자형성을 나타낸데 비하여 세리아를 침적법으로 도핑한 후 고온으로 열처리한 시편에서는 확산구동 입계이동이 일어나 입계 및 입자형성이 불규칙하였으며. 이러한 Ce-TZP에서는 입자당 평균 입계같이 정상입자에 비하여 크게 증가하였다. 알루미나를 분산시켜 소결한 {{{{ { Al}_{2 }{ O}_{3 } }}}}/Ce- TZP 시편의 경우, 알루미나 입자에 의해서 입성장이 크게 억제되었고, 세리아를 도핑한 후 소결과 열처리를 행한 {{{{ { Al}_{2 }{ O}_{3 } }}}}/Ce-TZP에서는 불규칙 입자형상이 형성되면서도 입성장이 억제되어 입자크기에 비하여 입계면적이 크게 증가하였다. 분산된 알루미나 입자들은 소결과 열처리 과정 중 입자크기가 증가하였고, 열처리 동안 많은 입자들이 입계에서 입내로 위치가 변화하였다. 정상적인 입자형성을 갖은 시편에서는 균열진전시 입계파괴가 주로 일어났으나 불규칙 입자형성을 갖는 시편에서는 주로 입내파괴가 관찰되었다.

Microstructural evolutions in ceria-stabilized zirconia (Ce-TZP) and alumina-dispersed Ce-TZP ceramics were investigated as functions of doping and annealing conditions. All of sintered specimens showed the relative density over 99 %. Sintered specimens had linear grain boundaries and normal grain shapes, but ceria-doped specimens had irregular grain shapes and nonlinear grain boundaries due to the diffusion-induced grain boundary migration during annealing at $1650^{\circ}C$ for 2 h. Mean grain boundary length of Ce-TZP with irregular grain shapes was higher than that of normal grain shapes, and was a value of 23pm at the maximum. Alumina particles dispersed in Ce-TZP inhibited the grain growth of zirconia particles. $Al_2O_3$Ce-TZP doped with ceria and annealed at $1650^{\circ}C$ for 2 h showed irregular grain shapes as well as small grain size. Added alumina particles showed the grain growth during sintering or annealing, and they changed the position from grain boundary to inside of the grains during the annealing. The specimens with normal grain shapes showed an intergranular fracture mode, whereas the specimens with irregular grain shapes showed a transgranular fracture mode during the crack propagation.