Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/21874
Title: Yttria-stabilized Zirconia with beige colour
Other Titles: Zircónia estabilizada com ítria com coloração bege
Author: Holz, Laura Isabel Vilas
Advisor: Almeida, Maria Margarida Tavares Lopes de
Costa, Florinda Mendes da
Vitorino, Nuno
Keywords: Engenharia de materiais
Centros corados
Zircónia
Defense Date: 11-Sep-2017
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: A Zircónia é um cerâmico avançado que se tem destacado como um material versátil e promissor, apresentando uma combinação interessante de propriedades térmicas, elétricas, óticas e mecânicas, pouco comuns nos materiais cerâmicos, sendo por isso utilizada em diversas aplicações. A empresa INNOVNANO produz pós de Zircónia com diferentes características e atualmente tem clientes interessados em cerâmicos à base de Zircónia estabilizada com ítria de coloração bege com propriedades mecânicas específicas. Assim, o trabalho realizado neste estágio pretendeu desenvolver um material que cumpra os requisitos solicitados, tendo como referência uma amostra cedida por um cliente da INNOVNANO cuja cor se pretendia reproduzir, mas cuja composição e processamento eram desconhecidos. Deste modo, o trabalho teve início com a caracterização da amostra de referência através de Microscopia Eletrónica de Varrimento, Difração de raios X, espectroscopia de Raman, Fotoluminescência e Refletância Difusa de modo a permitir compreender o mecanismo de coloração, o qual mostrou ser baseado em defeitos estruturais, desenvolvidos em condições redutoras. A introdução de defeitos extrínsecos pela dopagem com óxido de ferro (Fe2O3) na matriz da Zircónia estabilizada com 2 mol % de ítria (2YSZ) foi a alternativa selecionada para a reprodução da cor solicitada. As amostras foram estudadas do ponto de vista microestrutural, estrutural e ótico. A dopagem com óxido de ferro revelou ser um mecanismo de coloração adequado, reprodutível e irreversível, permitindo o desenvolvimento de um material cromaticamente estável no que concerne à sua utilização em diferentes condições de processamento, tais como diferentes atmosferas e intervalos de temperatura. A estabilidade da cor foi confirmada com tratamentos térmicos em atmosferas oxidantes e redutoras. O efeito da adição do dopante nas propriedades mecânicas da Zircónia foi estudado, avaliando-se a tenacidade à fratura (KIC), a dureza de Vickers (HV10) e a resistência à flexão (σflexural) em amostras com elevado teor de Zircónia tetragonal ( >92 %) e com elevada densidade relativa ( >96%). Os materiais desenvolvidos preenchem os requisitos previamente definidos pela INNOVNANO, tendo-se observado, contudo, um ligeiro decréscimo da tenacidade à fratura com a adição de dopante. Já a dureza Vickers e a resistência à flexão não foram significativamente afetadas pela adição de Fe2O3.
Zirconia is a very versatile advanced ceramic that offers an interesting combination of thermal, chemical, electrical, mechanical and optical properties which are uncommon to find in ceramic materials and therefore is used in several applications. INNOVNANO is one of the main Zirconia powders suppliers in the market with potential clients for beige YSZ ceramics with specific mechanical properties. Thus, the work performed during this internship aimed to develop a material that meets the requested requirements, having as reference a sample provided by an INNOVNANO’s client which colour was intended to be reproduced but which composition and processing were unknown. In this way, the work began with reference material characterization through Scanning Electron Microscopy, X-ray Diffraction, Raman Spectroscopy, Photoluminescence and Diffuse Reflectance in order to understand the colouring mechanism, which was shown to be based on structural defects developed under reducing conditions. The introduction of extrinsic defects by doping with iron oxide (Fe2O3) in the matrix of 2 mol % yttria-stabilized Zirconia (2YSZ) was the alternative selected for the reproduction of the requested colour. The samples were studied from the microstructural, structural and optical point of view. Doping with iron oxide has proved to be a suitable, reproducible and irreversible colouring mechanism allowing the development of a chromatically stable material with respect to its use in different processing conditions such as different atmospheres and temperature ranges. Colour stability was proved by thermal treatments in oxidizing and reducing atmospheres. The effect of dopant addition on the mechanical properties of Zirconia was studied by evaluating the fracture toughness (KIC), Vickers hardness (HV10) and flexural strength (σflexural) in samples with high tetragonal Zirconia content (> 92%) and high relative density (> 96%). The developed material fulfils the requirements previously defined by INNOVNANO, but a slight decrease of the fracture toughness with the addition of dopant was observed while Vickers hardness and flexural strength were not significantly affected by the addition of Fe2O3.
Description: Mestrado em Engenharia de Materiais
URI: http://hdl.handle.net/10773/21874
Appears in Collections:DEMaC - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

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