Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Preparation of dense zirconia ceramics from cubic zirconia cutting scrap
Year (A.D.)
2021
Document Type
Thesis
First Advisor
ธนากร วาสนาเพียรพงศ์
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Material Science (ภาควิชาวัสดุศาสตร์)
Degree Name
วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
เทคโนโลยีเซรามิก
DOI
10.58837/CHULA.THE.2021.439
Abstract
ในแต่ละปีอุตสาหกรรมเจียระไนเครื่องประดับคิวบิกเซอร์โคเนียในประเทศไทยมีปริมาณเศษเจียระไนคิวบิกเซอร์โคเนียปริมาณมากหลายร้อยตันถูกทิ้งอย่างสูญเปล่า จึงเกิดแนวคิดในการศึกษาวิจัยเพื่อพัฒนากระบวนการผลิตเซรามิกเซอร์โคเนียความหนาแน่นสูงโดยใช้เศษเจียระไนคิวบิกเซอร์โคเนียจากอุตสาหกรรมเป็นวัตถุดิบหลักในการทดลอง ร่วมกับการใช้สารตัวเติมแคลเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตเพื่อช่วยทำให้โครงสร้างเกิดเฟสของเหลวในขั้นตอนการเผาผนึก โดยทำการเตรียมตัวอย่างจากการนำเศษเจียระไนมาผ่านการเผาแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่มาจากขั้นตอนการผลิตเครื่องประดับ ก่อนนำไปทำการบดผสมกับแคลเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตในอัตราส่วนร้อยละ 5 และ 10 โดยน้ำหนัก บดผสมเป็นเวลา 24 และ 48 ชั่วโมง จากนั้นนำไปอัดขึ้นรูปที่ความดัน 50 MPa เพื่อให้ได้ชิ้นงานที่มีลักษณะเป็นแผ่นกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 mm และนำไปเผาผนึกที่อุณหภูมิ 1650 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1, 2 และ 4 ชั่วโมง และแบ่งการศึกษาเป็นการเปรียบเทียบการเผาผนึกแบบสถานะของแข็งที่ไม่มีการใช้เติมสารตัวเติม และการเผาผนึกแบบเฟสของเหลวที่มีการเติมสารตัวเติมช่วยในการเผาผนึก โดยจากผลการทดลองพบว่าเงื่อนไขที่ดีที่สุด คือ ชิ้นงานที่ผ่านกระบวนการบดผสมกับสารตัวเติมในอัตราส่วนร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก บดผสมเป็นเวลา 24 ชั่วโมง และเผาผนึกเป็นเวลา 2 ชั่วโมง พบว่าได้ค่าความหนาแน่นสูงถึง 5.27 g/cm3 ค่าการดูดซึมน้ำร้อยละ 0.12 และมีค่าความแข็ง 6.72 GPa ดังนั้นจึงทำการเลือกเงื่อนไขนี้มาเตรียมเป็นชิ้นงานแท่งสี่เหลี่ยมขนาด 60x10x5 mm เพื่อนำไปทดสอบความแข็งแรงด้วยเทคนิค 3-point bending จากผลการทดสอบพบว่าค่าความต้านทานแรงดัดมีค่าเท่ากับ 90.66 MPa ซึ่งผลจากงานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่าการใช้สารตัวเติมแคลเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตช่วยให้เกิดเฟสของเหลวในกระบวนการเผาผนึกที่ส่งผลต่อโครงสร้างทางจุลภาคและสมบัติทางกลของชิ้นงานเซรามิกเซอร์โคเนียความหนาแน่นสูง
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Several tons of cubic zirconia cutting scrap are wasted from the jewelry cutting industry each year in Thailand. This research was studied to develop the dense zirconia ceramics using the cubic zirconia cutting scrap as a main raw material and adding calcium dihydrogen phosphate (CaP) as an liquid phase sintering additive. The specimens were prepared by calcining at 1000 oC for 1 hour to remove impurities from cutting process before mixing with 5 and 10 wt% of CaP by ball milling with zirconia ball in a plastic bottle for 24 and 48 hrs. Then, the mixed powders were uniaxially hydraulic pressed at 50 MPa to get disc-shape specimens with 20 mm diameter and sintered at 1650 oC for 1, 2 and 4 hrs. This research was divided into 2 parts which are solid state sintering without using an additive and liquid phase sintering with an additive. The best condition was a 10 wt% of CaP mixed by ball milling for 24 hrs and sintered at 1650 oC for 2 hrs. High bulk density of 5.27 g/cm3, low water absorption of 0.12% and high hardness of 6.72 GPa were obtained. With this selected condition, powders were prepared into rectangular-shape specimens with dimension of 60x10x5 mm for 3-point bending test. Flexural strength of 90.66 MPa was obtained. The results above indicated that liquid phase from CaP was occurred and affected to microstructure and mechanical properties of dense zirconia ceramics.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
ปาลวัฒน์, ณัชชา, "การเตรียมเซรามิกเซอร์โคเนียความหนาแน่นสูงจากเศษเจียระไนคิวบิกเซอร์โคเนีย" (2021). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 4981.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/4981