Transparentní tetragonální ZrO2 keramika stabilizovaná Y2O3: Vliv rozptylu způsobeného dvojlomností

Transparent Tetragonal Yttria-Stabilized Zirconia Ceramic: Influence of Scattering Caused by Birefringence

journal article in Web of Science

en

The correlation between grain size, optical birefringence, and transparency is discussed for tetragonal zirconia (ZrO(2)) ceramics using the Mie, Rayleigh, and Rayleigh-Gans-Debye scattering models. Our results demonstrate that at the degree of mean birefringence in the range (0.03-0.04) expected for tetragonal ZrO(2), only the Mie theory provides reasonable results. At small particle size (< 50 nm) the more straightforward Rayleigh approximation correlates with the Mie model. A real in-line transmission of similar to 50% at visible light and 1 mm thickness is expected at a mean grain size < 40 nm and similar to 70% at a mean grain size < 20 nm. At an infrared (IR) wavelength of 5 um there should not be any scattering caused by birefringence for grain sizes < 200 nm. Our simulations were validated with experimental data for tetragonal ZrO(2) (3 mol% Y(2)O(3)) ceramics made from a powder with an initial particle size of similar to 10 nm by sintering in air and using hot-isostatic pressing. The maximum in-line transmission of about 77% was observed at IR wavelengths of 3-5 um

Pro keramiku na bázi tetragonálního oxidu zirkoničitého je pomocí modelů Mie, Rayleigh a Rayleigh-Gans-Debye diskutována korelace mezi velikostí zrn, optickou dvojlomností a transparentností. Naše výsledky ukazují, že pro očekávaný stupeň střední dvojlomnosti tetragonálního ZrO2 v rozsahu 0,03-0,04, poskytuje smysluplné výsledky pouze Mie teorie. Pro malé velikosti částic (<50 nm) koreluje jednodušší Rayleigh aproximace s Mie modelem. Skutečná přímočará propustnost 50 % pro viditelné světlo a tloušťku 1 mm je předpokládaná při střední velikosti zrn <40 nm a 70% propustnost při střední velikosti zrn < 20 nm. Pro infračervenou (IR) vlnovou délku 5 um by neměl být žádný rozptyl způsobený dvojlomností při velikosti zrn <200 um. Naše simulace byly ověřeny pomocí experimentálních dat pro tetragonální ZrO2 (3 mol% Y2O3) keramiku připravenou z prášku, s původní velikostí částic okolo 10 nm, slinováním ve vzduchu a pomocí isostatického lisování za tepla. maximum přímočaré propustnosti okolo 77 % bylo pozorováno při IR vlnových délkách 3-5 um.

The correlation between grain size, optical birefringence, and transparency is discussed for tetragonal zirconia (ZrO(2)) ceramics using the Mie, Rayleigh, and Rayleigh-Gans-Debye scattering models. Our results demonstrate that at the degree of mean birefringence in the range (0.03-0.04) expected for tetragonal ZrO(2), only the Mie theory provides reasonable results. At small particle size (< 50 nm) the more straightforward Rayleigh approximation correlates with the Mie model. A real in-line transmission of similar to 50% at visible light and 1 mm thickness is expected at a mean grain size < 40 nm and similar to 70% at a mean grain size < 20 nm. At an infrared (IR) wavelength of 5 um there should not be any scattering caused by birefringence for grain sizes < 200 nm. Our simulations were validated with experimental data for tetragonal ZrO(2) (3 mol% Y(2)O(3)) ceramics made from a powder with an initial particle size of similar to 10 nm by sintering in air and using hot-isostatic pressing. The maximum in-line transmission of about 77% was observed at IR wavelengths of 3-5 um

Rozptyl světla; ZrO2; Y2O3; Mikrostruktura; Pórovitost

Light scattering ; ZrO2; Y2O3; Microstructure; Porosity

2011

01.06.2011

Wiley-Blackwell

COMMERCE PLACE, 350 MAIN ST, MALDEN 02148, MA USA

0002-7820

94

6

1850–1858

9