Grain-size effect on cracking accumulation in yttria-doped zirconia ceramics during cyclic martensitic transformations

材料科学 粒度 氧化钇稳定氧化锆 微晶 晶界 陶瓷 冶金 立方氧化锆 复合材料 晶间腐蚀 开裂 晶粒生长 微观结构
作者
Isabel R. Crystal,Christopher A. Schuh
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:209: 116789-116789 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2021.116789
摘要

Bulk polycrystalline zirconia-based ceramics generally crack as they undergo martensitic transformations, largely due to the transformation mismatch stresses. Polycrystals subjected to cyclic transformations bodily lose individual grains and progressively comminute, but it is not yet clear how the grain size of a polycrystal affects such cyclic degradation. We explore this issue in 1.5 mol% yttria-doped zirconia by varying the grain size from 0.6 to 7.9 µm in pellets of fixed composition and sample size and subjecting them to multiple thermal cycles through the transformation. A smaller grain size is found to increase the number of cycles required to disaggregate the pellet because of the larger amount of grain boundary area that must crack. Calorimetry analysis shows that the energy relieved through cracking decreases with increasing grain size and suggests an apparent material length scale of ~2 micrometers for the stress relief zone. For grain diameters below this critical length scale, complete stress relief is suggested, while at larger grain sizes, intergranular cracking apparently does not fully relieve the transformation mismatch stresses. Alternate accommodation mechanisms are required including the formation of multiple variants and even some transgranular fracture.

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