Neutron diffraction residual stress analysis of Al2O3/Y-TZP ceramic composites

Residual stress measurements were conducted by time-of-flight neutron diffraction and Rietveld analysis method in Al2O3/Y-TZP ceramic composites fabricated by different green processing techniques (a novel tape casting and conventional slip casting) and with different Y-TZP content (5 and 40 vol.% Y-TZP). The results show that the residual stresses in Y-TZP particulates are tensile and the ones in Al2O3 matrix are compressive, with almost flat through-thickness residual stress profiles in all bulk samples. As Y-TZP content increased, tension in Y-TZP phase was decreased but compression in Al2O3 matrix was increased (in absolute value). The values of residual stresses for both phases were mainly dependent on the Y-TZP content in the studied Al2O3/Y-TZP composites, irrespective of sample orientation and fabrication processes (a novel tape casting and conventional slip casting).

ResumenSe han hecho medidas de tensiones residuales por difracción de neutrones mediante la técnica de tiempo de vuelo en muestras de compuestos cerámicos de Al2O3/Y-TZP (alumina-circonia) fabricados por dos técnicas diferentes de procesado en verde (colaje en cinta y colaje convencional) y con distinto contenido de Y-TZP (5% y 40% en volumen, respectivamente). Los resultados se han analizado usando el método de Rietveld y muestran que las tensiones residuales en las partículas de Y-TZP son de tracción mientras que en la matriz de alúmina son de compresión, con perfiles de tensiones residuales casi planos a lo largo del espesor de las muestras. A medida que aumenta el contenido de Y-TZP, las tensiones residuales de tracción en esa fase disminuyen, mientras que las tensiones de compresión en la matriz de alumina aumentan (en valor absoluto). Se ha demostrado que los valores de las tensiones residuales en ambas fases dependen fundamentalmente del contenido de zirconia en los compuestos estudiados, independiente de la dirección de medida y el proceso de fabricación (colaje en cinta frente a colaje convencional).