Структурно-фазовые изменения в керамике ZrO2-MgO при термических воздействиях и её механические свойства

• Автор: Промахов, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Термическая стойкость материалов

1.1 Аналитические подходы к оценке стойкости неметаллических 12 материалов к высокотемпературным воздействиям

1.2 Высокотемпературные керамические материалы

1.3 Высокотемпературные материалы на основе Zr02

2 Постановка задачи, материалы и методики исследований

2.1 Постановка задачи

2.2 Материалы для исследований

2.3 Методики исследований

3 Структура, фазовый состав и механические свойства керамики, 59 полученной ИЗ высокодисперсных порошков системы Zr02
3.1 Фазовый состав и параметры кристаллической структуры 59 керамики Хг02
3.2 Структура керамики 2Ю2 - МуО
3.3 Механические свойства керамики 2Ю2 - MgO
3.4 Коэффициент термического расширения керамики Zr02 - MgO
4 Закономерности изменения структуры, фазового состава, 84 параметров кристаллической структуры и механических свойств керамики системы Zr02 - М§0 при длительных высокотемпературных воздействиях
4.1 Эволюция структуры керамики 7.Ю2 - MgO при длительных 84 высокотемпературных воздействиях
4.2 Закономерности изменения фазового состава и параметров
кристаллической структуры керамики 2Ю2 - MgO при
высокотемпературных изотермических воздействиях
4.3 Влияние высокотемпературных изотермических воздействий на

механические свойства керамики 2гСЬ
5 Закономерности влияния термоударных нагружений на структуру, 112 фазовый состав и параметры кристаллической структуры керамических материалов системы Zr02
5.1 Влияние термоударных нагружений на структуру керамики 112 Zr02 -10
5.2 Закономерности изменения фазового состава и параметров 118 кристаллической структуры керамики 2г02 - МО при
термоударных нагружениях
5.3 Влияние циклических термоударных нагружений на 127 механические свойства керамики Zr02 - МО
6 Применение керамичесих материалов системы Zr02 - МО
Заключение
Список цитируемой литературы

ВВЕДЕНИЕ
Развитие высокотемпературной техники диктует необходимость создания материалов, способных сохранять эксплуатационные характеристики при температурах выше 1500 °С [1]. Наиболее жаропрочные металлические сплавы не способны противостоять механическим нагрузкам уже, как правило, при 1100 - 1200 °С. В большей степени требованиям термостойкости, способности сохранять свойства и структуру при длительных высокотемпературных воздействиях и резких перепадах температуры удовлетворяют материалы, относящиеся к классу керамик, имеющих температуру плавления выше 2500 °С. Керамики не имеют альтернативы в условиях длительных (до десятков тысяч часов) высокотемпературных воздействий в окислительной среде, обладают хорошей износостойкостью, высокой коррозионной стойкостью [2]. В связи с этим, к настоящему времени сложилась устойчивая тенденция смещения приоритета в применении конструкционных высокотемпературных материалов от металлов к керамикам.
Одним из требований, предъявляемых к конструкционным материалам, предназначенным для эксплуатации в условиях механических воздействий и высоких температур, является термостойкость. Однако термостойкость не является фундаментальным свойством материалов и в значительной мере зависит от их структуры и фазового состава. Достигнутый к настоящему времени уровень знаний о связи структуры с устойчивостью материалов к термическим воздействиям не даёт полного ответа на вопросы о структурнофазовых превращениях, определяющих термостойкость материалов. Подробное исследование механизмов и закономерностей изменений структуры и фазового состава при циклических термических воздействиях позволит выявить пути увеличения термостойкости материалов и оценить их работоспособность в экстремальных условиях [3-10]. Это является актуальной задачей как с точки зрения фундаментальных проблем физики конденсированного состояния, так и

одинаковых температурах старения скорость роста зёрен для керамики из Y203 значительно меньше, чем для других окислов, что обусловлено большим размером зёрен исходной керамики (60 - 65 мкм). Движущая сила
рекристаллизации крупнокристаллической керамики меньше из-за меньшей протяжённости границ зёрен и их кривизны.
В работе [76] исследовано влияние длительных высокотемпературных воздействий в вакууме на структуру и свойства керамики из окиси скандия (Sc203). Керамику плотностью 96.5 % от теоретической и средним размером зерна 10 - 12 мкм подвергали старению при температурах нагрева 1800 и 2000°С в течение 100 часов. После нагрева при 2200°С в течение 30 часов размер зёрен увеличился вдвое - до 23 мкм. Следует отметить, что способность к росту зёрен у керамики Sc203 мала и при спекании, и при дополнительной термообработке. Это, очевидно, обусловлено малым коэффициентом диффузии. Однако керамика из окиси скандия интенсивно взаимодействует с танталом и ниобием - керамика и металл прочно сцепляются, образуя слой продуктов реакции, керамика сильно разбухает, становится пористой, размер зёрен увеличивается.
В работе [77] показано, что керамика из Zr02, стабилизированная СаО, в процессе службы при высоких температурах склонна к дестабилизации, имеющей место в интервале 1200-1500°С. Распад твёрдых растворов Zr02 -CaO сопровождается выделением тетрагональной фазы, которая при охлаждении до температур ниже 900°С, полностью переходит в моноклинную.
Для керамики из Zr02, стабилизированной Y203, при длительных нагревах при 1200-1500°С не отмечено никаких изменений фазового состава и основных свойств [78].
Изменение показателей плотности спечённой керамики из Zr02 при высокотемпературном старении исследовано в работе [79]. Старению в среде инертного газа подвергали керамику Zr02, стабилизированную 12.5мольн% СаО. При температуре испытаний 1700°С её относительная плотность со
временем непрерывно повышается; одновременно уменьшается закрытая