ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Print ISSN: 1727-2769    Online ISSN: 2658-3747
English | Русский

Последний выпуск
№3(40) июль-сентябрь 2018

Эффективность использования нанодисперсного порошка диоксида циркония для упрочнения алюмооксидной керамики

Выпуск № 4 (33) октябрь-декабрь 2016
Авторы:

Стукачева Наталья Сергеевна,
Веселов Сергей Викторович,
Черкасова Нина Юрьевна,
Кузьмин Руслан Изатович,
Неупокоев Никита Алексеевич,
Фелофьянова Анна Владиславовна
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1727-2769-2016-4-33-42
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.
Ключевые слова: трансформационное упрочнение, метод осаждения, нанодисперсные добавки, диоксид циркония, алюмооксидная керамика, прочностные испытания

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.
Просмотров: 710