Zirkoniumdioxid mit verschiedenen metallischen Partikel- und Feinstfaserverstärkungen

Hochfeste schadenstolerante und verschleißfeste Werkstoffe werden in verschiedenen Anwendungen benötigt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung zur Möglichkeit der Verstärkung von teilstabilisierten Zirkoniumdioxid mit Metallen, die unterschiedliche mechanische, chemische und thermische Eigenschaften (Molybdän, Niob, Nickel und Edelstahl (316L)) aufweisen. Hierbei wird auch die Form der Verstärkungsphase untersucht, im speziellen Fall wird der Vergleich von 316L Partikeln mit unikalen 316L Feinstfasern gezogen. Die Fasern unterscheiden sich zusätzlich im Durchmesser von 8 µm und 1,5 µm. Der Metallgehalt variiert zwischen 1, 5, 10 und 20 Volumen-%. Die Bruchzähigkeit erhöht sich mit zunehmendem Metallgehalt. Die Ergebnisse der Auswirkungen von der Art des Metalls, sowie dessen Form und Größe auf die Bruchzähigkeit basieren auf der mikrostrukturellen Charakterisierung in Verbindung mit Untersuchungen der Rissspitze, der Eigenspannungen sowie den elastischen Eigenschaften. Die Verwendung von einzigartigen 316L-Kurzfasern, die selbst bei einem Anteil von 20 Volumen-% homogen verteilt in der Keramikmatrix vorliegen, zeigen ein sehr hohes Potenzial für die Erhöhung der Bruchzähigkeit. Für partikelverstärktes, teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid konnte gezeigt werden, dass eine Erhöhung der Bruchzähigkeit in der Abhängigkeit von dem Metallgehalt zu erreichen ist. Die Veränderung der Form der Verstärkung im Falle für 316L von runden Partikeln zu zylindrischen Feinstfasern zeigten keine messbare Erhöhung der Bruchzähigkeit, die durch das Eindringverfahren bestimmt wurde. Die bisherigen Ergebnisse stellen hingegen durch die Wechselwirkungen der Rissspitze mit den Fasern ein großes Potenzial für eine Erhöhung der Zähigkeit dar. Um die bisher bestimmten Eigenschaften zu validieren, erfolgt die weitere Charakterisierung an ausgewählten Materialsystemen, die eine wesentliche Erhöhung der Bruchzähigkeit in den Vorversuchen gezeigt haben, durch den konventionellen Biegebruchversuch. Dies erfolgt für die partikelverstärkten Nickel, Molybdän und 316L Verbundwerkstoffe mit jeweils 10 und 20 Volumen-%. Um die Wirkung zwischen Partikel- und Faserverstärkung betrachten zu können, wird die Untersuchung an kurzfaserverstärkten 316L Zirkoniumdioxid Verbundwerkstoffen durchgeführt.