ВВЕДЕНИЕ 3
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 4
1.1 Получение порошков 4
Е Е1 Газофазный синтез 4
ЕЕ2 Плазмохимический синтез 6
Е2 Классификация и микроструктура керамики на основе ZrO2 7
ЕЗ Изготовление порошков ZrC/SiC, ZrO2/SiC и ZrO2 путем карботермического восстановления ZrSiO4 11
Е4 SiC армированный композит ZrO2 полученный методом SPS - прессования 20
Е5 Применение конструкционной керамики 24
Е6 Постановка задачи исследования 28
2 ОПИСАНИЕ МАТЕРИАЛА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.1 Описание материала 30
2.2 Методика получения порошка ZrO2-SiCw 32
2.3 Методика проведения компактирования композиционного порошка... 36
2.4 Методика исследования структуры ZrO2-SiCw 38
2.5 Методика исследования механических свойств ZrO2-SiCw 39
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 42
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 44
4.1 Результаты структуры и морфологии порошка 44
4.2 Дилатометрический анализ спекания нанокристаллического порошка
(Zr0 94У0 0б)О1.88 48
4.3 Фазовый состав композиционной керамики ZrO2-SiCw 49
4.4 Структура керамики (Zr0.94Yo.o6)Oi.88/SiCw 50
4.4 Результаты механических свойств ZrO2-SiCw керамики 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 54
Циркониевая керамика является одной из наиболее важных конструкционных керамик из-за ее высокой вязкости разрушения, возникающей в результате фазового превращения. Однако превосходные свойства проявляются только при температуре окружающей среды и демонстрируют серьезное ухудшение с повышением температуры, что ограничивает высокотемпературное применение материала. Одним из способов улучшения механических свойств керамических материалов является усиление их более сильными усами. Например, усы карбида кремния широко используются для усиления керамики и достижения значительно лучших свойств. Однако усы SiC являются жесткими и не имеют объемной усадки во время спекания. Хорошо известно, что усадка матрицы ZrO2 вокруг нитевидного кристалла SiC (SiCw) приводит к растягивающим напряжениям в осевом направлении и сжимающим напряжениям в радиальном направлении, которые ингибируют уплотнение композитов. Поэтому получение усиленных волокнами керамических композитов технически сложная задача.
Метод Spark Plasma Sintering, по сравнению с другими методами спекания позволяет уплотнить керамику при значительно более низкой температуре спекания и в более короткий промежуток времени.
Получение композиционной керамики на основе стабилизированного диоксида циркония с высокими механическими характеристиками, достигается путем создания материала с гомогенной структурой. Метод совместного осаждения позволяет достичь на молекулярном уровне высокой степени гомогенности исходных компонентов, а гидротермальный синтез содействует образованию порошка.
Применяя комбинированный метод совместного соосаждения, метод гидротермального синтеза разложения гидроксидов и компактирование порошка методом Spark Plasma Sintering достигается следующий технический результат:
1) Порошок ZrO2 является однофазным твердым раствором (Zro.94Yo.o6)Oi.88 и имеет тетрагональную кристаллическую решетку с пространственной группой Р42/шпс. Средний размер частиц 3-15 нм.
2) Композиционная керамика ZrO2-SiCw после спекания в электрическом поле имеет три фазы tZrO2, pSiC и незначительное количество mZrO2, что указывает на то, что процесс SPS не повредил какую-либо фазу.
3) Композиционный материал ZrO2-SiCw имеет высокие показатели плотности 6,08 г/см3, (98% от теоретической).
4) Микротвердость по методу Виккерса составляет 1408 HV.
5) Предел прочности на сжатие составляет 2586 МПа.
Высокие механические характеристики данного материала, делают возможным его применение для изготовления ответственных деталей, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, в основном в горнодобывающей промышленности.
