MICROWAVE SINTERING OF ZIRCONIUM STABILIZED COMPOUNDS: PHASE EVOLUTION AND HOT CORROSION STUDY. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis Report_Mohammed Arif_g202215340.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 13 January 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

تستكشف هذه الدراسة تأثيرات التلبيد الميكرويفي الهجين (HMW) على تطور الطور والبنية الدقيقة والتوصيل الحراري وسلوك التآكل الساخن للمركبات المستقرة بالزركونيوم، وتحديدًا الزركونيا المستقرة بالإيتريا (8YSZ)، والزركونيا المستقرة بالسيرا (CSZ)، والزركونيا التيتانية التيتانية (YTiZ). تم تلبيد العينات عند درجات حرارة 1350 °Cو1400 °Cو1450 °C لتقييم فوائد معالجة HMW. كشفت النتائج أن التلبيد باستخدام HMW أدى إلى تحسينات كبيرة في استقرار الطور، وتحقيق محتوى طور أحادي الميل أقل واحتفاظ أفضل بالطور الرباعي عبر جميع درجات حرارة التلبيد. بالنسبة لـ 8YSZ ، انخفض محتوى الطور أحادي الميل إلى 4.13٪ عند 1450 °C، بينما أظهر CSZ انخفاضًا إلى 2.6٪ عند 1450 °C. في YTiZ، تم تحقيق استقرار الطور الأمثل عند 1350 °Cمع محتوى طور أحادي الميل بنسبة 17.62٪. انخفضت الموصلية الحرارية مع زيادة درجة حرارة التلبيد، مع تسجيل أدنى القيم عند 0.0822 W/mK لـ 8YSZ عند 1450 °C، و0.4027 W/mK لـ CSZ عند 1400 °C، و0.5964 W/mK لـ YTiZ عند 1350 °C. وتعزى هذه التخفيضات إلى انخفاض نسبة الطور أحادي الميل، مما يؤدي إلى تحسين استقرار الطور وبنية الحبوب المكررة. تم تعزيز مقاومة التآكل الساخن بشكل كبير في العينات الملبدة بـ HMW، مما يدل على انخفاض التحول أحادي الميل وانخفاض تكوين المراحل الثانوية الضارة مثل YVO₄ وCeVO₄. تثبت هذه النتائج أن التلبيد بالميكروويف الهجين يوفر نتائج متفوقة من حيث استقرار الطور والبنية الدقيقة والأداء الحراري ومقاومة التآكل. وهذا يجعل HMW بديلاً واعدًا وكفؤًا في استخدام الطاقة لمعالجة السيراميك المستقر بالزركونيوم للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مثل الطلاءات الحاجزة الحرارية وخلايا الوقود ذات الأكسيد الصلب.

English Abstract

This study explores the effects of hybrid microwave sintering (HMW) on the phase evolution, microstructure, thermal conductivity, and hot corrosion behavior of zirconium-stabilized compounds, specifically yttria-stabilized zirconia (8YSZ), ceria-stabilized zirconia (CSZ), and yttria-titania-zirconia (YTiZ). Samples were sintered at temperatures of 1350°C, 1400°C, and 1450°C to assess the benefits of HMW processing. The results revealed that HMW sintering led to significant improvements in phase stability, achieving lower monoclinic phase content and better tetragonal phase retention across all sintering temperatures. For 8YSZ, the monoclinic phase content decreased to 4.13% at 1450°C, while CSZ exhibited a reduction to 2.6% at 1450°C. In YTiZ, optimal phase stability was achieved at 1350°C with a monoclinic phase content of 17.62%. Thermal conductivity decreased with increasing sintering temperature, with the lowest values recorded as 0.0822 W/mK for 8YSZ at 1450°C, 0.4027 W/mK for CSZ at 1400°C, and 0.5964 W/mK for YTiZ at 1350°C. These reductions were attributed to the reduction in monoclinic phase percentage, leading to improved phase stability and refined grain structure. Hot corrosion resistance was significantly enhanced in HMW-sintered samples, showing lower monoclinic transformation and reduced formation of deleterious secondary phases such as YVO₄ and CeVO₄. These findings demonstrate that hybrid microwave sintering offers superior results in terms of phase stability, microstructure, thermal performance, and corrosion resistance. This makes HMW a promising, energy-efficient alternative for processing zirconium-stabilized ceramics for high-temperature applications such as thermal barrier coatings and solid oxide fuel cells.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research Research > Corrosion Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Nouari, Saheb
Committee Members:	Mattoug Gasem, Zuhair and Mohamed Mahmoud, Morsi
Depositing User:	MOHAMMED ARIF (g202215340)
Date Deposited:	14 Jan 2025 11:15
Last Modified:	14 Jan 2025 11:15
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143252