Современный уровень развития техники предъявляет сложные требования к материалам. В настоящее время актуальна проблема получения тугоплавких высокопрочных материалов. Одним из таких материалов, к которому сегодня постоянно растет интерес, является керамика, в частности на основе диоксида циркония - сверхпрочный материал белого цвета.
Данный факт объясняется уникальными свойствами керамики на основе ZrO2: невысокая плотность по сравнению с некоторыми материалами, огнеупорность, хорошая прочность, твердость и стойкость к разрушению, химическая устойчивость к воздействию агрессивных сред, высокая температура плавления (2715оС), ионная проводимость, биологическая совместимости, которые обеспечивают ее применение в различных областях промышленности и т.д. [1,3,4].
Данный материал, благодаря выше упомянутым свойствам используется в разных сферах производства в качестве конструкционного материала. Из него изготавливают высокотемпературные огнеупоры, режущие и абразивные инструменты, так же детали двигателей и т.д.
Следует отметить, что для получения керамики на основе диоксида циркония, которая обладала бы высокими физико-механическими характеристиками, необходимо использование ультрадисперсных исходных порошков [5], которые синтезируют в основном химическими методами [6].
Технологии получения нанопорошков должны позволять синтезировать высококачественные порошки с требуемыми морфологией и размерной однородностью при сохранении чистоты и гомогенности состава [7, 8]. Эти характеристики во многом определяют последующие стадии технологического процесса получения керамик, а в конечном итоге - их микроструктуру. Однородная форма частиц и узкое распределение их по размерам позволяют существенно уменьшить дефектность микроструктуры керамики благодаря улучшению текучести нанопорошка. Однако ни один из известных методов синтеза нанопорошков, в частности, оксидов металлов, не позволяет сочетать высокие показатели требуемого качества получаемого продукта и высокую производительность самого процесса получения. Таким образом, актуальным остается выбор метода получения высокодисперсных порошков оксидов металлов для последующего синтеза керамики на их основе.
Целью данной работы является изучение фазового состава и прочностных свойств керамики на основе диоксида циркония, спеченного при различных температурах.
Поставлены следующие задачи:
• Изучить Подготовленные образцы
• Проанализировать данные полученные при спекании
• Проанализировать полученные рентгено-структурные анализы
• Описать поведение керамики после испытаний на сжатия
Личный вклад заключается в частичном планировании эксперимента, подсчете и анализе числовых данных, а также оформление текста в читаемом и печатном виде.
В ходе работы была исследована керамика ZrO2-Y2O3 3%мол содержания иттрия после спекания при высоких температур равных 1350°С, 1450 °C, 1550^С и 1650С, приобретенная Японской компанией «TOSOH»». В зависимости от условий изготовления может быть стабилизированная тетрагональная или моноклинная модификация. Частично стабилизированный диоксид циркония обладает высокой термостойкостью, поэтому он также подходит для использования при высоких температурах в машиностроении, металлургии, электронике, биохимии, автомобильной и других отраслях промышленности.
Для Y-TZP - очень высокие значения прочности (до 1300 МПа); модуль Юнга приблизительно равен 205 ГПа, твердость по Виккерсу приблизительно 10±3 ГПа
Максимальная прочность диоксида циркония частично
стабилизированный иттрием 1240 МПа достигается при 1550°C в образцах, содержащих 29% моноклинной фазы. А минимальное значение прочности керамики при температуре 1350С с содержанием всего 9% тетрагональной фазы.
Стало известно, что эффективный модуль упругости при сжатии керамических композитов увеличился, а количество тетрагональной фазы значительно уменьшилось из-за изменения тетрагонально-моноклинной фазы при высокой температуре.
Межфазное взаимодействие, проявляющееся в смене структурного состояния диоксида циркония, является основным фактором, который определяет механические свойства материала, а именно, сочетание твердости, прочности при изгибе и сжатии, модуля упругости.
Результаты полнопрофильного анализа рентгенограмм, полученных с порошка ZrO2 + 3%(моль) Y2O3, являются характерным примером фазообразования в системах металл - кислород.
Выполнен рентгенофазовый анализ фазового состава и состояния дефектной субструктуры порошка марки TZ-3Y-S приобретенная у Японской компании TOSOH состава ZrO2 + 3 % (моль) Y2O3. Показано, что исследуемый материал является двухфазовым и содержит моноклинную и тетрагональную модификации диоксида циркония, весовые соотношения которых различаются на порядки. Основываясь на результатах структурных исследований частиц порошка, высказано предположение, что одной из причин многообразия фаз исследуемого материала является высокий уровень дефектности частиц порошка.
