Structural, mechanical, and electrochemical properties of Ceria doped Scandia stabilized Zirconia

The properties of Ceria doped Scandia Stabilized Zirconia (1Ce10ScSZ) nano-powder produced in Ukraine (Ukr, VMMP) are compared to the properties of commercial ones produced by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo (DKKK, Japan) and Praxair (USA). In comparison to DKKK and Praxair, the Ukr nano-powder demonstrated the smallest size of the particles ranging from 20 to 50 nm. The bending strength of the isostatically pressed samples made of Ukr powder was 100–120 MPa similar to that of Praxair. The bending strength of DKKK was lower (50–100 MPa) depending on the isostatic pressure. The biaxial strength of uniaxially pressed samples was the highest for DKKK (375 MPa) decreasing to 250 MPa for Ukr and 220 MPa for Praxair. Among three tested samples, the highest electric conductivity measured at 700 °C was found for Ukr electrolyte.Вивчено й порівняно властивості нанопорошків двоокису цирконію, стабілізованого двоокисами церію та скандію 1Ce10ScSZ, які виготовлено в Україні на Вільногірському державному гірничо-металургійному комбінаті (ВДГМК), в Японії компанією «Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo» (DKKK) та в США компанією «Praxair». Порівняно з порошками виробництва DKKK та «Praxair» порошок виробництва ВДГМК (позначено як «Ukr») має найменший розмір частинок в інтервалі 20-50 нм. Міцність зразків, виготовлених із порошку «Ukr» із використанням ізостатичного пресування, становить 100-120 МПа при згині та є подібною до міцності порошку виробництва «Praxair». Міцність зразків виробництва DKKK менша (50-100 МПа) й залежить від ізостатичного тиску. Міцність одновісно пресованих зразків найвища в порошку DKKK (375 МПа), у зразках «Ukr» і «Praxair» вона становить відповідно 250 МПа та 220 МПа. Із-поміж трьох досліджених серій зразків найвищу електричну провідність при 700 °С мали електроліти, виготовлені з порошку «Ukr».Были изучены и сравнены свойства нанопорошков двуокиси циркония, стабилизированного окислами церия и скандия 1Ce10ScSZ, которые произведены в Украине на Вольногорском государственном горно-металлургическом комбинате (ВГГМК), в Японии компанией «Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo» (DKKK) и в США компанией «Praxair». В сравнении с порошками производства DKKK и «Praxair» у порошка производства ВГГМК (обозначен как «Ukr») наименьший размер частиц в интервале 20–50 нм. Прочность образцов, изготовленных из порошка «Ukr» с использованием изостатического прессования, составляет 100–120 МПа при изгибе и подобна прочности образцов из порошка производства «Praxair». Прочность образцов из порошка DKKK меньше (50–100 МПа) и зависит от давления изостатического прессования. Прочность одноосно прессованных образцов наиболее высока (375 МПа) у порошка DKKK, в образцах «Ukr» и «Praxair» она составляет соответственно 250 МПа и 220 МПа. Из трех испытанных серий образцов самая высокая электропроводность при 700 °С была у электролитов, изготовленных из порошка «Ukr»

Carbon Distribution in Low-Temperature Isothermal Iron-Based Martensite and Its Tetragonality

Carbon distribution in the as-quenched Fe—C martensite obtained after cooling down to 4.5 K is studied using Mössbauer spectroscopy. The location of carbon atoms in the one of three available sublattices of octahedral interstitial sites is established, whereas the partial occupation by carbon atoms of tetrahedral sites or octahedral sites in other sublattices is not confirmed. The ageing of virgin isothermal martensite starts during heating at temperatures above -50°C and leads to disappearance of single carbon atoms and their clustering in the α solid solution. In comparison with martensite obtained at room temperature, a decreased tetragonality of the low-temperature isothermal martensite and its partial recovery during ageing is observed. Based on the estimation of dislocation density and the absence of ε-carbide precipitation during subsequent tempering, a conclusion is made that plastic deformation occurs in the course of isothermal martensitic transformation because of the softness of the virgin martensite. Finally, a new interpretation of the abnormally low tetragonality is proposed, of which the essence is the capture and transport of immobile carbon atoms by gliding dislocations. As a result, a part of carbon is removed from the α solid solution and forms carbon atmospheres around the dislocations. The comparison of this hypothesis with available other ones is presented. Two possible reasons for partial recovery of tetragonality during ageing of virgin martensite are discussed: (i) the unfreezing of Snoek atmospheres created by gliding dislocations crossing the immobile carbon atoms at low temperatures and (ii) coherent stresses at the boundaries of the intermittent carbon-rich and carbon-depleted domains in the modulated structure of the aged martensite.Розподіл вуглецю у свіжозагартованому Fe—C-мартенситі, одержаному в процесі охолодження до 4,5 К, досліджено методом Мессбауерівської спектроскопії. Встановлено розташування атомів Карбону в одній із трьох підґратниць октаедричних міжвузлів і не підтверджено часткову зайнятість ними інших підґратниць або тетраедричних міжвузлів. Розпад свіжозагартованого ізотермічного мартенситу починається при нагріванні вище -50°C і приводить до зникнення поодиноких атомів вуглецю в α-твердому розчині та утворення їх кластерів. У порівнянні з мартенситом, одержаним гартуванням за кімнатної температури, свіжозагартований низькотемпературний ізотермічний мартенсит характеризується зменшеною тетрагональністю, яка частково відновлюється при наступному нагріванні вище -50°C. Ґрунтуючись на оцінках густини дислокацій в одержаному низькотемпературному мартенситі та відсутності виділень ε-карбіду при наступному відпусканні, зроблено висновок, що, внаслідок низької міцности утвореного незастареного мартенситу, ізотермічне мартенситне перетворення супроводжується пластичною деформацією. В результаті запропоновано нову інтерпретацію аномально низької тетрагональности низькотемпературного мартенситу, суть якої полягає у захопленні та транспортуванні дислокаціями ковзання нерухомих атомів Карбону з видаленням їх із твердого розчину і утворенням Карбонових атмосфер в полі напружень дислокацій. Наведено її співставлення з наявними гіпотезами. Проаналізовано дві можливі причини часткового відновлення тетрагональности при старінні низькотемпературного мартенситу: (i) розморожування атмосфер Снука, утворених дислокаціями ковзання за низьких температур, і (ii) когерентні напруження на межах переміжних областей, збагачених та збіднених Карбоном у модульованій структурі застареного мартенситу.Распределение углерода в свежезакалённом Fe—C-мартенсите, полученном в процессе охлаждения до 4,5 К, исследовано методом мёссбауэровской спектроскопии. Установлено размещение атомов углерода в одной из трёх подрешёток октаэдрических междоузлий и не подтверждена частичная занятость ими других подрешёток или тетраэдрических междоузлий. Распад свежезакалённого изотермического мартенсита начинается при нагреве выше -50°C и приводит к исчезновению одиночных атомов углерода в α-твёрдом растворе и образованию их кластеров. В сравнении с мартенситом, полученным закалкой при комнатной температуре, свежезакалённый низкотемпературный изотермический мартенсит характеризуется пониженной тетрагональностью, которая частично восстанавливается при последующем нагреве выше -50°C. Основываясь на оценках плотности дислокаций в полученном мартенсите и отсутствии выделения ε-карбида при последующем отпуске, сделан вывод, что, вследствие низкой прочности образованного несостаренного мартенсита, изотермическое мартенситное превращение сопровождается пластической деформацией. В результате предложена новая интерпретация аномально низкой тетрагональности низкотемпературного мартенсита, суть которой заключается в захвате и транспорте дислокациями скольжения неподвижных атомов углерода с удалением их из твёрдого раствора и образованием углеродных атмосфер в поле напряжений дислокаций. Приведено её сопоставление с существующими гипотезами. Обсуждены две возможные причины частичного восстановления тетрагональности при старении низкотемпературного мартенсита: (i) размораживание атмосфер Снука, созданных движущимися дислокациями при низких температурах, и (ii) когерентные напряжения на границах чередующихся областей, обогащённых и обеднённых углеродом в модулированной структуре состаренного мартенсита