Введение 10
1 Обзор литературы 12
1.1 Свойства и структура керамики на основе оксидов алюминия и
циркония
12
1.1.1 Керамика на основе оксида алюминия 12
1.1.2 Керамика на основе диоксида циркония 18
1.2 Методы получения конструкционной и функциональной оксидной
керамики
21
1.2.1 Получение и свойства оксидных нанопорошков 25
1.2.2 Прессование НП 28
1.2.3 Спекание 33
1.3 Порошковая металлургия в современных технологических процессах
и перспективы её развития
40
Заключение 124
Объектом исследования является керамика на основе Al2O3 и ZrO2.
Цель работы – исследование закономерностей консолидирования
керамики на основе Al2O3 и ZrO2, активированного добавлением в шихту
порошков MgO, TiO2, SiO2.
В процессе исследования проводились изучение технологических
свойств порошков, механическая активация, пластификация, формование и
спекание порошков, наноиндентирование спеченных образцов, изучение
микроструктуры.
В результате исследования:
Были определены плотность прессовок, плотность спечённых
образцов, измерения модуля упругости, микротвердости и прочности на
наноинденторе.
Основные конструктивные, технологические и техникоэксплуатационные характеристики:
Полученные в ходе исследования результаты, могут быть
использованы в разработке технологических рекомендаций для
производства изделий из оксидной керамики конструкционного и
функционального назначения.
Степень внедрения:
Результаты НИР будут использованы в ряде учебных дисциплин по
направлению ООП 22.03.01 Материаловедение и технологии материалов.
Область применения:
Авиакосмическая промышленность, химическая промышленность,
машиностроение, радиоэлектроника.
Экономическая эффективность/значимость работы:Данный проект является только научной разработкой и началом
исследования, то интегральный финансовый показатель разработки
рассчитать не представляется возможным. В целом, данный проект
является перспективным с точки зрения ресурсопотребления, так как в
отличии от аналогов в проекте предусмотрены меньшие затраты на
себестоимость будущей продукции за счет использования местных
недорогих сырьевых материалов и возможное достижение требуемых
физико-механических характеристик.
В будущем планируется использовать результаты для дальнейших
исследований активированного спекания оксидной керамики на основе
оксидов алюминия и циркония с целью повышения физико-механических
характеристик спеченных материалов.
Введение
Прочная керамика на основе Al2O3 и ZrO2 является весьма
перспективным конструкционным и функциональным материалом.
Наиболее распространенным методом получения прочной керамики
является порошковая технология, модифицированная применительно к
керамике. Компактирование керамических порошков можно проводить
холодным и горячим прессованием; горячей экструзией; шликерным
литьем, ультразвуковым прессованием. Тем не менее, широкому
производству прочной оксидной керамики препятствует низкая
производительность технологии горячего прессования [1-2], которая
позволяет получать материалы с высокими механическими свойствами[3].
Технология одноосного прессования с последующим спеканием, как
правило, не позволяет получать керамику с высоким уровнем
механических свойств [4]. Поэтому разработка методов активирования
спекания корундовой керамики имеет важное практическое значение.
Основы теории активированного спекания были заложены авторами
[5]. Говоря об активировании процесса спекания, в первую очередь
подразумевается, что спекаемые порошки приведены в особое, так
называемое «активное» состояние. Такое состояние может быть связано
либо с предисторией формирования частиц порошка в процессе его
получения (высокая поверхность, дефектность кристаллического строения
и структуры), либо с теми активирующими изменениями, которые
произошли в процессе прессования (деформация и разрушение частиц,
образование напряженного состояния, метастабильных химических
соединений в зоне контактов), либо, наконец, с явлениями активирования,
происходящими в самом процессе спекания (химические реакции,
действие магнитных, электростатических, звуковых полей, облучений).
Однако активирование всегда связано с повышенной неравновесностью
системы, подвергающейся спеканию, следовательно, с повышением запасасвободной энергии, сокращение которого и обуславливает
экспериментально наблюдаемую интенсификацию процесса в целом.
Целью данной работы являлось исследование закономерностей
консолидирования керамики на основе Al2O3 и ZrO2, активированного
добавлением в шихту порошков MgO, TiO2, SiO2.
Установлено положительное влияние добавление MgO и TiO2 в
количестве не более 1 мас. % на спекаемость и физико-механические
характеристики корундовой керамики.
Добавление 5 % по массе SiO2 к Al2O3 реализует механизм
жидкофазного спекания керамики, что приводит к повышению ее плотности и
прочности до 480 МПа (табличное значение прочности при изгибе
высокоплотной корундовой керамики не превышает 400 МПа).
Введение в порошки корунда добавок субмикронного порошка TiO2
приводит при последующем спекании к образованию твёрдого раствора
вычитания TiO2 в α-Al2O3, решётка которого имеет повышенную
диффузионную способность и активирует процесс спекания.
Из исследованных составов керамической системы Al2O3 – ZrO2 – Y2O3
наиболее высоким уровнем физико-механических свойств имела композиция
заэвтектического состава 16,6% Al2O3 – 76% ZrO2 – 7,4% Y2O3. В данной
композиции одновременно реализованы два механизма упрочнения:
трансформационное упрочнение за счет t-m – перехода в ZrO2 (переход
тетрагональной модификации в моноклинную) и дисперсное упрочнение
высокомодульными частицами - Al2O3.
