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In this work a study of the floating zone during the growth of bars of Al2O3-ZrO2(Y2O3) by the laser floating zone technique is presented. The axial thermal gradient in the solidification interface has been calculated and compared with the experimental one of 6.5*105 K/m. For this calculation the coefficients of heat transference during the solidification process have been determined. The floating zone profile has been also studied and the maximum stable length for the zone determined, verifying the stability criterion established by some authors. The study is completed with an estimation of the laser power necessary to carry out the growth. This value is compared with the measured one during the growth of 2 mm diameter bars.En este trabajo se presenta un estudio de la zona flotante durante el crecimiento de barras de Al2O3-ZrO2 (Y2O3) por la técnica de fusión zonal por láser. Se ha calculado el gradiente térmico axial existente en la intercara de solidificación y comparado con el que se ha medido de forma experimental, siendo éste de 6,5*105 K/m. Para este cálculo se han determinado los coeficientes de transferencia de calor durante el proceso de resolidificación. También se ha estudiado el perfil de la zona flotante y analizado el rango de estabilidad en términos de longitud máxima de zona, verificándose experimentalmente los límites teóricos establecidos por algunos autores. El estudio se completa con una estimación de la potencia necesaria para llevar a cabo el crecimiento confirmando su validez para el caso particular de cilindros de 2 mm de diámetro.

An study of directionally grown samples of the eutectic composition in the Al2O3-ZrO2 (3 mol% Y2O3) system, with small TiO2 additions (1 wt%), is presented. The microstructural changes induced by this addition are analysed using SEM (EDX) techniques. The mechanical changes, when TiO2 is added, are studied by measuring the flexural strength by three point bending. Also, the toughness is determined by Vickers indentation method. When slow growth rates (10 mm/h) are used, interpenetratred and homogeneous microstructure is obtained, independently of the TiO2 doping. When growth rates are higher (300 and 1000 mm/h) the structure changes and the phases are organized in form of colonies or cells, which have smaller size when TiO2 is present. This size reduction is accompanied with an increase of the toughness.Este trabajo presenta un estudio de muestras crecidas direccionalmente del sistema Al2O3-ZrO2 (3 mol% Y2O3) en su composición eutéctica con pequeñas adiciones de óxido de titanio (1% de TiO2 en peso). Se analizan los cambios microestructurales inducidos por esta adición mediante SEM (EDX) y se estudian los cambios en su comportamiento mecánico medido por flexión en tres puntos, así como la tenacidad de fractura mediante indentación Vickers. Con velocidades lentas de solidificación (10 mm/h) se obtiene en ambos casos una microestructura homogénea e interpenetrada, mientras que a velocidades mayores, 300 y 1000 mm/h, se forma una estructura en las que las fases se organizan en forma de colonias o células, siendo éstas de menor tamaño en las muestras dopadas. Esta disminución en el tamaño viene acompañada de un aumento de la tenacidad de fractura medida por indentación.

The Al2O3/Y3Al5O12 eutectic system melt grown by laser heating float zone in a range of pull rates has been studied. The microstructural analysis has been made by Scaning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM) in as-fabricated and tested samples. The mechanical properties have been studied by compression tests at constant crosshead speed and compression creep for a range of stresses and temperatures in air. It has been determined that the resistance is intimately associated to processing. The presence of dislocations is clear after plastic deformation at high strain rates, being active the typical deformation mechanisms of alumina single crystals, like dislocation loop formation to avoid obstacles. The values of the stress exponents and the activation energy suggest a diffusional control for plastic deformation at low strain rates, where dislocations are not observed.En este trabajo se ha realizado un estudio del sistema eutéctico Al2O3/Y3Al5O12 crecido a distintas velocidades mediante solidificación direccional de zona flotante por calentamiento con láser. El análisis microestructural se ha realizado mediante Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y de Transmisión (MET), tanto en muestras tras el procesado con láser como en muestras sometidas a los distintos tratamientos termo-mecánicos. El estudio de las propiedades mecánicas se ha llevado a cabo mediante ensayos a velocidad de deformación constante y ensayos de fluencia -a carga de compresión constante- para diversos valores de tensión y de temperatura en atmósfera de aire. De los resultados obtenidos se deduce que la resistencia está íntimamente asociada a la microestructura de las muestras, la cual depende de la velocidad de solidificación. La presencia de dislocaciones es clara a altas velocidades de deformación, observándose los mecanismos activos de deformación típicos de la alúmina monocristalinas, como son la formación de bucles de dislocaciones para evitar obstáculos. Los valores de los exponentes de tensión y la energía de activación sugieren un comportamiento difusional para bajas velocidades de deformación, a las que no se observan dislocaciones.

Coatings of partially stabilised zirconia are currently used as thermal barrier coatings in gas turbines and diesel engines. Zirconia coatings are usually processed via plasma spraying a well-established and relatively cheap technique. Thermal barrier coatings consist of 0.5 to 1 mm of porous ceramic bonded to the metallic substrate by a bond-coat. High porosity in the ceramic coating assure a good thermal behaviour but increases the chances for corrosion or chemical attack of the bondcoat and coating detach by delamination processes. The as sprayed surface is rough and sensitive to erosion. In the present work we obtained the processing conditions for laser remelting of Y-PSZ coatings deposited by atmospheric plasma spraying technique on Ni- alloys. A simple model accounts for the onset melting energy and its dependence with the processing speed. The remelted film is dense and with smooth surface and well bonded to the underlying porous coat.Los recubrimientos de circona parcialmente estabilizada con itria se usan habitualmente como barreras térmicas en turbinas y motores. Estos recubrimientos se suelen realizar mediante proyección térmica plasma (APS), una técnica relativamente económica y bien conocida en el sector industrial. Las barreras consisten de una capa de 0.5 a 1 mm de cerámica muy porosa unida a la aleación metálica mediante una capa de enlace. La elevada porosidad permite incrementar la resistencia al choque térmico pero provoca que el oxigeno u otros gases perniciosos para el substrato lleguen con relativa facilidad, produciéndose ataques que pueden acelerar el proceso de delaminación. Asimismo la superficie es rugosa y por tanto expuesta a la erosión por partículas. En este trabajo se presentan las condiciones óptimas que permiten la resolidificación mediante láser de la superficie de las capas de Y-PSZ (circona parcialmente estabilizada con itria) depositadas por proyección térmica de plasma en aleaciones de Ni. Se presenta un sencillo modelo que permite explicar la energía umbral de fusión y su dependencia con la velocidad de tratamiento. Se observa cómo la capa externa tratada se densifica, disminuye su rugosidad y queda íntimamente ligada con la capa porosa de Y-PSZ.

A procedure for surface densification and/or texturing of Al2O3-YSZ (yttria stabilised zirconia) ceramics with eutectic composition by means of laser surface melting is presented. By scanning a high-power laser beam on a ceramic surface, we achieve a textured and fully dense surface layer from 30 to 1000 microns thick. For example, using a thin diode laser line with fluence 1.23 kW/cm2 and 0.14 mm/s scan rate, the solidified layer has 560 μm depth. We get a low roughness and dense surface. The microstructure is fine (micron size) due to the eutectic composition. The orientation of the microstructure is determined by the shape of the solid-liquid interface in the solidification process. We study the shape of this interface in transverse and longitudinal cross-sections in single as well as overlapping scans, which are required to process large surfaces. From the macroscopic point of view, the transition between adjacent scans is smooth. However, the microstructure presents discontinuity in the interphase spacing due to microstructural evolution in the heat affected region as well as the nucleation of an Al2O3 layer at the beginning of the crystal growth. The thermal shock inherent to the procedure generates cracks longitudinal and transverse to the scanning direction, as well as delaminating cracks. We analyse different possibilities to reduce this thermal shock. The best results are obtained by preheating the substrate, allowing us to process surfaces of Al2O3-YSZ eutectic ceramics 99% dense.Se presenta un procedimiento para la densificación y/o texturado superficial de cerámicas de Al2O3-YSZ (circona estabilizada con itria) con composición eutéctica mediante fusión zonal asistida por láser. Haciendo un barrido con la radiación proveniente de un láser de potencia sobre piezas cerámicas conseguimos modificar la microestructura y densificar completatmente la capa superficial, con un espesor que va de 30 a 1000 μm. Por ejemplo, con línea estrecha de láser de diodo, fluencia de 1.23 kW/cm2 y velocidades de barrido de 0.14 mm/s, solidificamos capas de 560 μm. El resultado es una superficie de baja rugosidad y no porosa. La microestructura de la muestra es fina debido a su composición eutéctica. La interfase sólido-líquido en el proceso de crecimiento determina la orientación de la microestructura. Se estudia la forma de esta interfase tanto en cortes transversales como longitudinales, lo que permite analizar el efecto que sobre la microestructura tiene la superposición de barridos, que es una alternativa para tratar superficies extensas. Macroscópicamente la frontera entre barridos contiguos es suave. Sin embargo, su microestructura presenta discontinuidad en el espaciado entre las fases debido a la evolución microestructural en la región no fundida sometida a altas temperaturas y a la nucleación preferencial de Al2O3 al comenzar el crecimiento cristalino. Se analizan distintas posibilidades para disminuir el choque térmico inherente al proceso y que conduce a la formación de grietas paralelas a la dirección de procesado y de delaminación. Se observa una mejora importante cuando se precalienta la pieza a tratar, de modo que es posible procesar superficies de cerámicas eutécticas 99% densas.