Влияние пористости на структурно-фазовое состояние, деформацию и разрушение пористой керамики ZrO2(MexOy)

• Автор: Калатур, Екатерина Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений и обозначений

Введение

1 Особенности деформационного поведения и разрушения пористых материалов

1.1 Особенности деформационного поведения и механические свойства пористой керамики на основе ТхОг
1.2 Влияние особенностей структуры на деформационное поведение и механические свойства материалов с ячеистой и стержневой
структурой

1.3 Механическое поведение и механические свойства костной

ткани

2 Постановка задачи, материалы и методика

исследований
2.1 Постановка задачи
2.2 Материалы для исследований
2.3 Методики исследований
3 Особенности структуры пористой керамики Zr02(Mex0y), определяющие ее деформационное поведение и механические
свойства
3.1 Морфология частиц, фазовый состав и кристаллическая структура порошков твердых растворов Хг02(МехОу), полученных методами плазмохимии и химического осаждения

3.2 Фазовый состав и параметры кристаллической структуры пористых керамик, полученных из порошков 7г02(МехОу) разной
морфологии
3.3 Структура пористых керамик, полученных из порошков гЮ2(МехОу) разной морфологии
4 Закономерности влияния структуры на деформационное поведение и механические свойства пористой керамики
гю2(Мехоу)
4.1 Влияние морфологии исходных порошков, доли пор в керамиках 2г02(Мек0у) на вид деформационных диаграмм
4.2 Влияние доли пор, размеров зерна и кристаллитов диоксида циркония на механические свойства керамик гг02(МехОу), полученных из порошков разной морфологии
4.3 Влияние параметров ячеистой структуры пористых керамик 2г02(МехОу) на макродеформацию и предел прочности
5 Применение пористых керамических материалов гг02(Мех0у) с ячеистой структурой в медицине
Заключение
Список литературы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Т - гг02 - тетрагональный диоксид циркония,
К — Zr02 - кубический диоксид циркония,
М - гю2 - моноклинный диоксид циркония,
РЭМ - растровая электронная микроскопия,
ОКР (Б) - область когерентного рассеяния,
<й3ерна> - средний размер зерна,
<йПОр> - средний размер пор,
О - объем порового пространства,
а (а = Т/Тпл., Тпл. = 2973 К) - гомологическая температура, т - продолжительность изотермической выдержки, п - показатель степени в уравнении Холломона,
X - мера хрупкости,
вшах— максимальное напряжение,
Оа — напряжение, вызывающее появление первых микроповреждений в материале,
А - величина площади контакта между зернами,
£1 - деформация, при которой проявляется механическая неустойчивость ячеистых элементов,
£шах - предельная деформация до разрушения,
Е - модуль упругости, у - кажущаяся плотность, р - плотность,
Б - ширина стержня,
Ь - длина стержня,
Р - параметр ячеистой структуры ф = Б/Ь)

На рисунке 1.3 в представлена диаграмма деформирования, характерная для керамики Ъг02(УгОъ) с пористостью 30 - 50 %. В данном случае кривая нагружения имеет нисходящую ветвь при росте деформации. С увеличением объёма порового пространства микроповреждения в структуре материала приобрели более масштабный характер, что проявляется на деформационных диаграммах в виде протяженных участков скачкообразного изменения напряжения. Фактически, диаграммы деформирования керамики с пористостью 30 - 50 % состоят из чередующихся линейных и скачкообразных участков, соответствующих упругому деформированию и накоплению микроповреждений. При этом, как видно из диаграммы, микроповреждения не имеют глобального характера, и материал продолжает дальнейшее деформирование. Максимальное значение напряжения, с достижением которого образцы керамики 2г02(У203) с 30 - 50 % теряли способность к деформированию, составило 300 - 500 МПа при относительной деформации 2-4%.
На рисунке 1.3 г представлена деформационная диаграмма, характерная для керамики гг02(У203) с пористостью более 50 %. Отличительная особенность диаграмм деформирования керамики со столь высоким уровнем пористости заключается в наличии прогиба вниз и протяжённой нисходящей ветви. Как видно из рисунка 1.3, на фоне диаграмм нагружения керамики с меньшей пористостью данная кривая нагружения выглядит более пологой, что свидетельствует о значительной потере упругих и прочностных свойств материалом. Предел прочности при сжатии керамики подобного рода не превышает 100 МПа при относительной деформации 3 - 5 % [77].
В работе [79] представлены результаты исследования трещиностойкости керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного Се02. Работа выполнена в рамках испытаний по построению Я - кривых. Показано, что инициация и формирование зоны фазовых переходов механическими напряжениями происходит в основном лавинообразно. Степень лавинообразности такого процесса определяется зернистостью материала и видом напряженного состояния в нем. Магистральная трещина, приводящая к