Введение 11
1 Обзор литературы 13
1.1 Свойства и структура керамики на основе оксидов алюминия и 13 циркония
1.1.1 Керамика на основе оксида алюминия 13
1.1.2 Керамика на основе диоксида циркония 19
1.2 Методы получения конструкционной и функциональной оксидной 29 керамики
1.2.1 Получение и свойства оксидных нанопорошков 29
1.2.2 Прессование НП 3 5
1.2.3 Спекание 43
1.3 Порошковая металлургия в современных технологических процессах 49 и перспективы её развития
2. Экспериментальная часть 58
2.1 Оборудование, материалы и методики исследования 58
2.2 Результаты эксперимента 60
2.2.1 Результаты эксперимента по искровому плазменному спеканию 65
2.2.2 Результаты эксперимента по горячему прессованию ZrO2-5%Y2O3 69 и AlN
2.2.3 Результаты эксперимента по спеканию AlN 72
2.3 Активирование процесса спекания корундовой керамики введением 73 добавок оксидов магния и титана
2.3.1 Рпезультаты исследования 79
3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 89
4. Социальная ответственность 108
Список использованных источников 127
Приложение А 132
Прочная керамика на основе А1203 и ZrO2 является
перспективным конструкционным и функциональным материалом. Один из наиболее распространенных методов получения прочной керамики является порошковая технология. Компактирование керамических порошков можно проводить холодным и горячим прессованием; горячей экструзией; шликерным литьем, ультразвуковым прессованием. Однако, 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]. Следовательно, 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 «активное» состояние. Данное состояние может быть связано либо с предисторией формирования частиц порошка в процессе его получения (высокая поверхность, дефектность 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
запаса свободной энергии, сокращение которого и обуславливает экспериментально наблюдаемую интенсификацию процесса в целом.
Целью данной работы являлось исследование закономерностей консолидирования керамики на основе А1203 и ZrO2, активированного добавлением в шихту порошков MgO, Ti02, Si02.
Установлено положительное влияние добавления MgO и TiO2 в
количестве не более 1 мас. % на спекаемость и физико-механические
характеристики корундовой керамики. 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.
Обращает внимание структура образца состава 95,6% Al2O3 –
0,4% MgO – 4% TiO2, представленная крупными зернами (100 мкм).
Рост зерен при спекании керамики данного состава обусловлен добавкой
4% TiO2, которая резко интенсифицирует рекристаллизационые процессы.
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).
Данный состав соответствует муллито-корундовой керамике.
Наименьшую пористость имели спеченные образцы составов 98,6%
Al2O3 – 0,4% MgO – 1% TiO2 и 94,6 % Al2O3 – 0,4% MgO – 5% SiO2. Эти
данные коррелируют с результатами определения плотности, твердости и
прочности спеченных образцов .
Из исследованных составов керамической системы Al2O3 – ZrO2 –
Y2O3 наиболее высокий уровень 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.
Кипарисов С.С., Падалко О.В. Оборудование предприятий
порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1988. 448 с.
2. Hunold K., Kempten. Hot isostatic pressing of high temperature
ceramics // Interceram. 1985. V.39, No2. P.38, 40-43
3. Лукин Е.С., Макаров Н.А. и др. Прочная и особопрочная
керамика на основе оксида алюминия и частично стабилизированного
диоксида циркония // Стекло и керамика. – 2003. – № 9. С. 32–34.
4. Смирнов А.И. Конструкционная керамика // Итоги науки и
техники ВИНИТИ. Сер. Порошковая металлургия. – 1990. – С. 64–106.
5. Ускокович Д.П., Самсонов Г.В., Ристич М.М. Активированное
спекание. – Белград: Факультет электроники. НИШ и Международный
институт науки о спекании, 1974. 395 с.
6. Матренин С.В., Слосман А.И. Техническая керамика: Учебное
пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004.–75 с.
7. Калинович Д.Ф., Кузнецова Л.И., Денисенко Э.Т. Диоксид
циркония: свойства и применение // Порошковая металлургия.-1987.-N1.-
с.98-102.
8. Балкевич В. Л. Техническая керамика: Учеб. пособие для втузов.
2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1984. – 256 с
9. Матренин С.В // Испытание стали на растяжение: Методическое
указание по выполнению лабораторных работ по курсу «Неметаллические
материалы» для студентов направления 150600 – Материаловедение и
технологии новых материалов. – Томск: Изд. ТПУ, 2009. – 24 с.
10. Ремпель А.А. Нанотехнологии, свойства и применение
наноструктурированных материалов // Успехи химии. 2007. Т.76, №5. С.474-
500
11. Kohlschutter V., Ehlers C. // Zs. Elektrochem. 1912. Bd.18, No.18.
S.37312