Помощь студентам в учебе
Исследование структуры и физико-механических свойств керамики на основе диоксида циркония
|
Введение 10
1 Обзор литературы 12
1.1 Свойства и структура керамики на основе оксида циркония 12
1.1.1 Свойства циркониевой керамики 12
1.1.2 Повышение механических свойств циркониевой керамики путем
введения добавок оксидов иттрия, магния, кальция, алюминия.
16
1.2 Методы получения конструкционной и функциональной
циркониевой керамики.
22
1.2.1 Получение и свойства керамических порошков 22
1.2.2 Прессование порошков 25
1.2.3 Спекание керамических материалов 31
2 Экспериментальная часть 40
2.1 Объекты и методы исследования 40
2.2 Результаты исследований 46
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение
56
3.1 Цели и результаты проекта 56
3.2 Организационная структура проекта 57
3.3 Ограничения и допущения проекта 57
3.4Планирование и график НИР 58
3.5 Календарный план проекта 59
3.6 Составление сметы затрат 61
3.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности
исследования
67
4 Социальная ответственность 74
4.1 Техногенная безопасность 74
4.2 Региональная безопасность 799
4.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 81
4.4 Особенности законодательного регулирования проектных
решений.
85
4.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 86
Заключение 89
Список использованных источников 90
1 Обзор литературы 12
1.1 Свойства и структура керамики на основе оксида циркония 12
1.1.1 Свойства циркониевой керамики 12
1.1.2 Повышение механических свойств циркониевой керамики путем
введения добавок оксидов иттрия, магния, кальция, алюминия.
16
1.2 Методы получения конструкционной и функциональной
циркониевой керамики.
22
1.2.1 Получение и свойства керамических порошков 22
1.2.2 Прессование порошков 25
1.2.3 Спекание керамических материалов 31
2 Экспериментальная часть 40
2.1 Объекты и методы исследования 40
2.2 Результаты исследований 46
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение
56
3.1 Цели и результаты проекта 56
3.2 Организационная структура проекта 57
3.3 Ограничения и допущения проекта 57
3.4Планирование и график НИР 58
3.5 Календарный план проекта 59
3.6 Составление сметы затрат 61
3.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности
исследования
67
4 Социальная ответственность 74
4.1 Техногенная безопасность 74
4.2 Региональная безопасность 799
4.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 81
4.4 Особенности законодательного регулирования проектных
решений.
85
4.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 86
Заключение 89
Список использованных источников 90
Объект исследования – Керамика на основе оксида циркония.
Цель работы – Исследование закономерностей консолидирования
керамики на основе диоксида циркония, активированного добавлением в
шихту порошки диоксида иттрия и алюминия.
В процессе исследования проводились определение 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, проведены 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.
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 является6
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
Техническая керамика – сравнительно новый вид материалов, и
поэтому масштабы ее производства как по объему, так и по стоимости
продукции существенно уступают производству традиционных
металлических и полимерных материалов. Вместе с тем темпы роста ее
выпуска (от 15 до 25% ежегодно) намного превышают соответствующие
показатели для стали, алюминия и других металлов.
Прогресс в производстве керамических материалов непосредственно
связан с поиском и использованием нетрадиционных видовoсырьевых
материалов и способов активирования спекания. Наиболее действеннымиoв
плане активированияoпроцессов получения керамическихoматериалов в
настоящееoвремя является введениеoмодифицирующихoдобавок. Частично
или полностью стабилизированная керамика на основе диоксида циркония
должна отвечать конкретнымoтребованиям: обладать высокой химической
стойкостьюoк воздействию агрессивных сред, oиметь механические свойства
и ударнуюoвязкость, достаточные для предотвращения разрушения изделий в
процессе эксплуатации.
Свойства керамических материалов в высокой степени зависят от
морфологии и химического состава исходных порошковых композиций.
Особое внимание представляют монодисперсные нанопорошки. Являются
важнейшим исходным материалом для изготовления керамики с
повышенными механическими, электрическими, термическими,
оптическими, каталитическими свойствами, радиационной и коррозионной
стойкостью.
Керамика на основе диоксида циркония является весьма
перспективным конструкционным и функциональным материалом. Известно,
что перспективны в качестве добавок к керамике на основе ZrO2. Добавки
Y2O3, особенно в ультрадисперсном состоянии способны повысить
механические, трибологические характеристики, а также дают возможность
получить материалы с повышенным уровнем тепло- и электропроводности.11
Наиболее распространенными методами получения прочной керамики
являются методы порошковой технологии. Компактирование можно
проводить различными методами. Тем не менее, широкому практическому
распространению препятствуют сложность и низкая производительность
технологий, а также, как правило, не высокий уровень механических свойств
полученных изделий. Поэтому существует проблема активирования
процессов консолидирования керамики имеет важное практическое значение.
Цель работы – Исследование закономерностей консолидирования
керамики на основе диоксида циркония, активированного добавлением в
шихту порошки диоксида иттрия и алюминия.
В процессе исследования проводились определение 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, проведены 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.
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 является6
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
Техническая керамика – сравнительно новый вид материалов, и
поэтому масштабы ее производства как по объему, так и по стоимости
продукции существенно уступают производству традиционных
металлических и полимерных материалов. Вместе с тем темпы роста ее
выпуска (от 15 до 25% ежегодно) намного превышают соответствующие
показатели для стали, алюминия и других металлов.
Прогресс в производстве керамических материалов непосредственно
связан с поиском и использованием нетрадиционных видовoсырьевых
материалов и способов активирования спекания. Наиболее действеннымиoв
плане активированияoпроцессов получения керамическихoматериалов в
настоящееoвремя является введениеoмодифицирующихoдобавок. Частично
или полностью стабилизированная керамика на основе диоксида циркония
должна отвечать конкретнымoтребованиям: обладать высокой химической
стойкостьюoк воздействию агрессивных сред, oиметь механические свойства
и ударнуюoвязкость, достаточные для предотвращения разрушения изделий в
процессе эксплуатации.
Свойства керамических материалов в высокой степени зависят от
морфологии и химического состава исходных порошковых композиций.
Особое внимание представляют монодисперсные нанопорошки. Являются
важнейшим исходным материалом для изготовления керамики с
повышенными механическими, электрическими, термическими,
оптическими, каталитическими свойствами, радиационной и коррозионной
стойкостью.
Керамика на основе диоксида циркония является весьма
перспективным конструкционным и функциональным материалом. Известно,
что перспективны в качестве добавок к керамике на основе ZrO2. Добавки
Y2O3, особенно в ультрадисперсном состоянии способны повысить
механические, трибологические характеристики, а также дают возможность
получить материалы с повышенным уровнем тепло- и электропроводности.11
Наиболее распространенными методами получения прочной керамики
являются методы порошковой технологии. Компактирование можно
проводить различными методами. Тем не менее, широкому практическому
распространению препятствуют сложность и низкая производительность
технологий, а также, как правило, не высокий уровень механических свойств
полученных изделий. Поэтому существует проблема активирования
процессов консолидирования керамики имеет важное практическое значение.
В данной работеа были исследованы структураа и свойства спеченной
керамики на основеа оксида алюминия. Были определеныа плотность
прессовок, плотностьа спечённых образцов, измерены модуль упругости и
микротвердостьа методом наноиндентирования. Дляа определения прочности
спеченной керамикиа был применен метод “Scratch Testing” с использованием
уникальногоа прибора Nanoindenter G 200. Полученыа оптические фотографии
микрошлифов, подвергнутыха термическому травлению ав окислительной
атмосфере при температуре 1200С. В результате проведенных исследований
можно сделать аследующие выводы:
1. Из образцова керамической системы Al2O3 – ZrO2 – Y2O3
исследованныха составов повышеннуюа плотность после спекания имел
образец заэвтектическогоа состава 76,1% Al2O3 – 21,8% ZrO2 – 2,1% Y2O3.
2. Наибольшуюа плотность имел образец № 4 состава 92,9% ZrO2 –
7,1% Y2O3. Данныйа состав соответствуета частично-стабилизированному
диоксиду циркония.
3. Из исследованныха составов керамической системы Al2O3 – ZrO2
– Y2O3 наиболееа высокий уровень физико-механических свойств имела
композиция заэвтектического составаа 16,6% Al2O3 – 76% ZrO2 – 7,4% Y2O3.
В данной композицииа одновременно реализованы два механизма
упрочнения: трансформационноеа упрочнение за счет t-m – перехода в ZrO2
(перехода тетрагональнойа модификации в моноклинную) и дисперсное
упрочнениеа высокомодульными частицами - Al2O3.
4. Из образцова керамической системы 92,9% ZrO2 – 7,1% Y2O3
имеет наибольшую трещиностойкостьа92,9% ZrO2 – 7,1% Y2O3.
керамики на основеа оксида алюминия. Были определеныа плотность
прессовок, плотностьа спечённых образцов, измерены модуль упругости и
микротвердостьа методом наноиндентирования. Дляа определения прочности
спеченной керамикиа был применен метод “Scratch Testing” с использованием
уникальногоа прибора Nanoindenter G 200. Полученыа оптические фотографии
микрошлифов, подвергнутыха термическому травлению ав окислительной
атмосфере при температуре 1200С. В результате проведенных исследований
можно сделать аследующие выводы:
1. Из образцова керамической системы Al2O3 – ZrO2 – Y2O3
исследованныха составов повышеннуюа плотность после спекания имел
образец заэвтектическогоа состава 76,1% Al2O3 – 21,8% ZrO2 – 2,1% Y2O3.
2. Наибольшуюа плотность имел образец № 4 состава 92,9% ZrO2 –
7,1% Y2O3. Данныйа состав соответствуета частично-стабилизированному
диоксиду циркония.
3. Из исследованныха составов керамической системы Al2O3 – ZrO2
– Y2O3 наиболееа высокий уровень физико-механических свойств имела
композиция заэвтектического составаа 16,6% Al2O3 – 76% ZrO2 – 7,4% Y2O3.
В данной композицииа одновременно реализованы два механизма
упрочнения: трансформационноеа упрочнение за счет t-m – перехода в ZrO2
(перехода тетрагональнойа модификации в моноклинную) и дисперсное
упрочнениеа высокомодульными частицами - Al2O3.
4. Из образцова керамической системы 92,9% ZrO2 – 7,1% Y2O3
имеет наибольшую трещиностойкостьа92,9% ZrO2 – 7,1% Y2O3.