Transparentní tetragonální ZrO2 keramika stabilizovaná Y2O3: Vliv rozptylu způsobeného dvojlomností

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

článek v časopise ve Web of Science, Jimp

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