ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Аннотация
В статье приведены результаты исследования алюмооксидной керамики с упрочняющей добавкой диоксида циркония различной дисперсности. В качестве добавки использовали субмикронный и нанодисперсный порошок ZrO₂. Нанодисперсный порошок ZrO₂ тетрагональной модификации был получен методом осаждения из раствора с использованием ZrOCl₂ × 8Н₂О в качестве прекурсора и последующей термической обработкой. Для подготовки нанопорошка тетрагональной кристаллической модификации температура окисления осадка составляла 450 °С. Размер частиц синтезированного порошкового материала составлял 5…10 нм. В качестве технологии подготовки керамических образцов использовали метод изостатического формования гранулированного порошка с последующим свободным спеканием. На основании данных микроструктурных исследований керамических материалов показано, что замена субмикронного порошка ZrO₂ наноразмерным позволяет уменьшить размер зерен оксида алюминия c ≈ 2 мкм до ≈ 1 мкм. Формирование мелкозернистой структуры керамики оказывает положительное влияние на прочность материала при изгибе. Установлено, что использование наноразмерного порошка упрочняющей добавки позволяет повысить предел прочности алюмооксидного керамического материала при изгибе с 550 до 730 МПа. На основании результатов рентгенофазового анализа было показано, что введение более высокодисперсной добавки ZrO₂ позволяет увеличить долю тетрагональной модификации в спеченных образцах. Авторами предполагается, что при использовании наноразмерного ZrO₂ эффективность трансформационного упрочнения керамического материала повышается.

Список литературы

1. Оценка влияния добавки диоксида циркония на структуру и свойства алюмооксидной керамики / С.В. Веселов, Н.С. Белоусова, Н.Ю. Черкасова, О.А. Горяйнова, Е.В. Мель­никова, А.О. Лазарев // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2014. – № 1. – С. 473–477.
2. Hannink R.H.J., Kelly P.M., Muddle B.C. Transformation toughening in Zirconia-containing ceramics // Journal of the American Ceramic Society. – 2000. – Vol. 83, N 3. – P. 461–487.
3. Ceramics for prosthetic hip and knee joint replacement / M.N. Rahaman, A. Yao, B.S. Bal, J.P. Garino, M.D. Ries // Journal of the American Ceramic Society. – 2007. – Vol. 90, N 7. – P. 1965–1988.
4. Горяйнова О.А., Мельникова Е.В., Кузьмин К.А. Эффективность диспергирования порошка Al₂O₃ в бисерной мельнице // Современные техника и технологии: сборник докладов XX Международной юбилейной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Томск, 2014. – Т. 2. – C. 21–22.
5. Горяйнова О.А., Мельникова Е.В., Черкасова Н.Ю. Влияние количества дефлокулянта на гранулометрический состав суспензии Al₂O₃ при диспергировании на бисерной мельнице // Современное материаловедение: материалы и технологии новых поколений: сборник трудов Всероссийской школы-семинара с международным участием. – Томск, 2014. – C. 206–208.
6. Evaluating the effectiveness axial and isostatic pressing methods of ceramic granular powder / N. Belousova, S. Veselov, D. Anufrienko, O. Goryainova // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 698. – P. 472–477.
7. Влияние времени выдержки при спекании на структуру и свойства плотной керамики / С.В. Веселов, Н.Ю. Черкасова, М.Ю. Перепелкин, А.О. Лазарев // Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении: сборник трудов Международной конференции с элементами научной школы для молодежи. – Томск, 2015. – C. 183–185.
8. Garvie R.C. The occurrence of metastable tetragonal zirconia as a crystallite size effect // The Journal of Physical Chemistry. – 1965. – Vol. 69, N 4. – P. 1238–1243.
9. Stability of tetragonal ZrO₂ particles in ceramic matrices / A.H. Heuer, N. Claussen, W.M. Kriven, M. Ruhle // Journal of the American Ceramic Society. – 1982. – Vol. 65, N 12. – P. 642–650.