Microsoft Word Ksi\271\277ka abstrakt\363w doc

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
172
T1: P–39 
Titanium – bioceramics sol-gel layer interface bond strength 
investigation with mechanical testing and Raman spectroscopy 
 
Małgorzata Lubas
1
, Jaroslaw Jasinski
2
, Lukasz Kurpaska
3
, 
Elżbieta Długoń
4
, and Maciej Sitarz
4
 
 
1 
Czestochowa University of Technology, Institute for Material Engineering,  Av. Armii Krajowej 19, 
42-200 Czestochowa, e-mail:  [e-mail] 
2 
Czestochowa University of Technology, Institute of Logistics and International Management, Av. 
Armii Krajowej 19, 42-200, Czestochowa,  
3 
Materials Research Laboratory, National Center for Nuclear Research, Swierk-Otwock 05 -500 
Poland 
4 
AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Av. 
A.Mickiewicza 30, Krakow 
 
 
The article presents the results of titanium 99.2 – bioceramics system interface bond strength 
investigated  with  mechanical  tests  and  Raman  spectroscopy.  Titanium  substrate  was  prepared 
with  sand  blasting  (Al
2
O
3
)  combined  with  sol-gel  layer  (ZrO
2
)  and  finally  covered  with  low 
fusing bioporcelain (Duceratin, GC Initial). In order to investigate the effects of metal-ceramics 
interface  bond  strength,  mechanical  testing  (three  point  bending)  microscopic  (SEM-EDS), 
spectroscopic (RS) and (GID-XRD) were performed. Applied technique of substrate preparation 
made it possible to improve the effects of porcelain adhesion to Ti 99.2 which was confirmed by 
bond strength improvement in the area of titanium/bioceramic interface (about 40% in compare 
to  other  bioceramics).  Furthermore,  the  Raman  spectroscopy  showed  results  of  phase 
distribution  change  along  the  interface  which  proved  the  different  character  of  metal-ceramic 
chemical bonds which changed mildly from metallic to ionic covalent. Adequate interface bond 
strength  and  phase  composition  of  titanium/sol-gel  –  bioceramics  system  is  essential  to  the 
durability  improvement  of  the  dental  implants  and  also  influences  in  substrate  functional 
properties enhancement.  
 
Keywords: metal-ceramic interface; sol-gel layer; three point bending; Raman spectroscopy 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

---

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
 
173
T1: P–40 
Structural properties of zirconia – in-situ high temperature XRD 
characterization 
 
Lukasz Kurpaska
1
, Konrad Swierczek
2
, and Maciej Sitarz
3
 
 
1 
Material Physics Department, National Centre for Nuclear Research, st. Andrzeja Soltana 7, 05-400 
Otwock-Swierk, Poland, e-mail: [e-mail] 
2 
Faculty of Energy and Fuels, AGH University of Science and Technology, av. A. Mickiewicza 30, 
30-059 Krakow, Poland 
3 
Faculty of Materials Science and Ceramics, AGH University of Science and Technology, av. A. 
Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland 
 
 
Zirconium  and  its  alloys  possess  advantageous  mechanical  properties  and  corrosion 
resistance,  causing  this  metal  to  be  a  potential  candidate  for  a  new  cladding  material  for  IV 
generation  nuclear  reactors  [1].  However,  working  temperatures  of  new  generation  nuclear 
reactors vastly exceed today’s current designs. Therefore, high temperature studies, mimicking 
exact  conditions  of  the  reactor  environment  are  badly  needed.  One  of  the  biggest  issues  of 
current zirconium corrosion is the phase identification of high temperature oxides. In addition to 
these  obstacles,  one  must  remember  about  the  difficulties  with  obtaining  industrial  alloy 
specimens.  Therefore,  nuclear  scientists  study  corrosion  processes  occurring  on  the  pure 
zirconium substrate and apply it to the standard industrial zirconium based alloy model [2–3]. 
 
In order to imitate reactor environment conditions, pure zirconium specimens were oxidized 
at 500°C and structural properties  were  measured by  using  XRD  technique. The measurement 
were  performed in  in-situ  conditions  giving the  opportunity to  recorded signal during  heating, 
cooling  and  while  oxidation  took  place.  Conducted  measurements  allowed  to  study  structural 
properties of the developed zirconia being impacted by different sources of stresses, i.e: thermal 
& growing. In this study the pure metal being a model for examination were used, as industrial 
alloys are usually more difficult to obtain. It is known that X-ray diffraction is an accurate and 
efficient  tool  allowing  to  identify  the  structure  of  a  crystal,  in  which  a  beam  of  X-rays  is 
diffracted into specific directions by crystalline atoms.  While investigating oxidized zirconium 
layer,  XRD  provides  data  on  which  oxide  phases  are  present,  which  is  a  vital  knowledge  as 
properties of varying phases differ [4].  Shifts in diffractogram can additionally be a source of 
information, for example they may be correlated with the amount of developed stress (thermal 
and/or growing).  
 
Keywords: zirconia; oxidation; structural properties  
 
Acknowledgment 
Financial support from Ministry  of Science and Higher Education through “Young Scientist” programme 
and Foundation for Polish Science through “HOMING PLUS” programme is gratefully acknowledged. 
 
References  
[1]  S.J. Zinkle, G.S. Was, Acta Materialia 61 (2013) 735. 
[2]  L. Kurpaska, J. Favergeon, L. Lahoche, G. Moulin, M. El-Marssi, J-M. Roelandt, Oxidation of Metals 
79 (2013) 261. 
[3]  P. Barberis, T. Merle-Mejean, P. Quintard, J. Nucl. Mater. 246 (1996) 23. 
[4]  P. Bouvier, Ph.D Thesis, Institute National Politechnique de Gronoble, 2000. 
 
 
 
 

---