Sintering of nanocrystalline zinc oxide via conventional sintering, two step sintering and hot pressing

Two-step sintering and hot pressing methods were applied on nanocrystalline ZnO to control the accelerated grain growth occurring during the final-stage of sintering. The sintering conditions (temperature and total time) and results (density and grain size) of two-step sintering (TSS), conventional sintering (CS) and hot pressing (HP) methods were compared. The grain size of the high density (> 98 %) ZnO compact produced by the two-step sintering was smaller than 1 žm; while the grain size of those formed by the conventional sintering method was ~4 žm. The HP technique versus CS was shown to be a superior method to obtain higher final density (99 %), lower sintering temperature, shorter total sintering time and rather fine grain size. The maximum density achieved via HP, TSS and CS methods were 99, 98.3 and 97 %, respectively. The final grain size of samples obtained by HP was larger than that of TSS method. However, the ultra-prolonged sintering total time (88 ks) and the lower final density (98.3 %) are the drawbacks of TSS in comparison with the faster HP method (17 ks and 99 %, respectively).

---

Metody spiekania dwuetapowego i prasowania na gorąco zastosowano w przypadku nanokrystalicznego ZnO, aby kontrolować przyśpieszony rozrost ziaren występujący w końcowym etapie spiekania. Porównano warunki spiekania (temperatura i czas całkowity) i rezultaty spiekania (gęstość i rozmiar ziarna) metodami dwuetapową (TSS), konwencjonalną (CS) i prasowania na gorąco (HP). Rozmiar ziarna wypraski ZnO o wysokiej gęstości (> 98 %), wytworzonej w wyniku spiekania dwuetapowego, był mniejszy niż 1 žm, podczas gdy rozmiar ziarna wyprasek spiekanych konwencjonalnie wynosił ~4 žm. Technika HP w porównaniu z CS była lepszą metodą prowadzącą do uzyskania wyższej gęstości końcowej (99 %) i raczej drobny rozmiar ziarna w niższej temperaturze spiekania i przy krótszym całkowitym czasie spiekania. Maksymalna gęstość uzyskana metodami HP, TSS i CS wynosiła odpowiednio 99, 98.3 i 97 %. Końcowy rozmiar ziarna w próbkach pochodzących z metody HP był mniejszy niż z TSS. Jednakże, skrajnie wydłużony całkowity czas spiekania i niższa gęstość końcowa (odpowiednio 88 ks i 98.3 %) stanowią wady metody TSS w porównaniu z szybszą metodą HP (99 % TD przy czasie 17 ks).