Высокопрочная керамика из диоксида циркония на основе тетрагональных твердых растворов

• Автор: Комоликов, Юрий Иванович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 146 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор. Кристаллическая структура, физико

химические свойства и технология получения керамических материалов из диоксида циркония

1.1. Физикохимические свойства диоксида циркония

1.2. Синтез твердых растворов на основе диоксида циркония

1.3. Технология керамики из порошков твердых расгворов

на основе 7,хОг

1.4. Концепция трансформационного упрочнения

1.5. Выводы

1.6. Постановка задачи

Глава 2. Методы исследования
2.1. Рентгенофазовый и элементный анализ
2.2. Оптическая и электронная микроскопия
2.3. Определение удельной поверхности и среднего размера
зерна порошков
2.4. Определение механических свойств
2.5. Определение усадки при спекании, плотности и
пористости образцов
Глава 3. Синтез порошков гЮ для получения высокопрочной
керамики
3.1. Технология получения порошков твердых растворов
диоксида циркония методом совместного осаждения компонентов
3.1.1 Исходные материалы
3.1.2 Подготовка растворов и контроль состава
3.2. Термообработка осадков
3.3. Измельчение порошков
3.4. Кислотная отмывка измельченного материала
3.5. Выводы
Реологические свойства шликеров
из субмикронных порошков тетрагонального диоксида
циркония
4.1. Приготовление шликера
4.2. Свойства шликеров и сформованных заготовок
4.3. Вязкость шликеров
4.4. Выводы
Получение прочной керамики из диоксида циркония методом закалки и отпуска
5.1. Выбор составов и получение опытных образцов методом закалки и отпуска
5.2. Свойства образцов
5.3. Выводы
Высокопрочная керамика из 7Ю2. полученная спеканием в области существования тетрагональной фазы
6.1. Керамика с повышенной прочностью в системе гЮ У2Оу
6.2. Керамика с повышенной прочностью в системе 7Ю2 УЬ2СЬ
6.3. Керамика с повышенной прочностью в системе 7.Ю2 У3Са0 МО
6.4. Термостойкая керамика в системе 7Ю2 Уз
6.5. Выводы
Получение прочных микропористых керамических материалов на основе 7.Ю
7.1. Синтез керамических микропористых образцов в системах 7Ю2 АОз и 7Ю2 А0зС
7.2. Свойства керамических микропористых образцов в системе ,Ю2 А1
7.3. Микроскопическое исследование микропористых керамических образцов в системе 7.Ю Л0з
7.4. Исследование свойств микропористых керамических образцов в системе 7гА0з С
7.5. Микроскопическое исследование керамических образцов в системе 7л2 ЛВОд С
7.6. Исследование структуры и свойств микропористых керамических диафрагм на основе оксидов 7Ю2 и А0з
I ы воды
Заключение
Список использованной литературы


Увеличение потенциальной энергии приводит к тому, что превращение становится агермальным и для дальшеншего его прохождения необходимо изменение температуры. С изменением температуры не происходит дальнейшего роста образовавшихся частиц новой фазы, а идет увеличение их количества. Мартенсит растет из уже существующих в исходной структуре зародышей. Для обратимого моноклинно-тетрагонального превращения диоксида циркония характерно несовпадение температурных интервалов прямого и обратного переходов, т. Существование гистерезиса объясняется возникновением напряжении в структуре при объемных изменениях, сопровождающих ото полиморфное превращение []. Гис-терезисная петля характеризуется четырьмя температурными точками: начала прямого превращения - конца этого превращения Ц|, начала обратного превращения и конца этого превращения V Но данным различных исследователей значение температур этих точек колеблется в довольно широких пределах, °С: ^=0-, 1,^=-, 1^=5-, 1и=0-0. Колебание температур может быть обусловлено влиянием примесей, условиями получения пробы, термической предысторией образца, структурными дефектами, а также методами исследования. Введение стабилизирующих оксидов, образующих твердый раствор с /. Юг, уменьшает гистерезис. С увеличением степени стабилизации происходит сужение петли гистерезиса []. Ю.М. По-видимому, это связано с существенным различием в поверхностном натяжении фаз /Ю>. Уменьшение размера частиц и введение в 7Ю2 добавок приводит к еще большему усилению эффекта поверхности. На рис. Юг с добавкой 1,4 мол. Уз на фазовый состав. При величине зерен -0, мкм тетрагональная фаза становится стабильной при комнатной температуре [,]. Влияние размера зерна на тетрагонально-моноклинное превращение настолько существенно, что оно определяет кинетику этого превращения. ПОСТОЯННО увеличивается со временем, тогда как при среднем размере кристаллов 6Л проявляется атермическая кинетика [,]. Влияние размера зерна на фазовый состав керамики Zт, стабилизированной 1,4 мол. У»0. По данным [,] предварительный разлом понижает температуру моноклинно-тетрагонального превращения, а действие ударной волны повышает ее. Аналогичный действию измельчения эффект вызывает предварительная выдержка диоксида циркония при температурах выше "С и давлении 0 МПа. В результате такого воздействия фазовый переход смещается в область более низких температур (с - до 0-'’С), причем обратное превращение происходит более медленно, чем обычно. Температурные сдвиги объясняются сильными пластическими деформациями структуры. Известно, что существует зависимость тетрагонально-моноклинного превращения от размера частиц. Термодинамические расчеты, проведенные Ланго, подтвердили эту зависимость []. Так. Сжатие и добавление стабилизирующего оксида повышает предельный размер сохранения частицы в тетрагональной форме. Существование моноклинно-тетрагонального превращения и сопровождающие его объемные изменения не позволяют использовать чистый диоксид циркония для производства огнеупорных изделий. Фазовые переходы вызывают разрушение компактного тела из ZrO». Для предотвращения объемных инверсий ZrO2 стабилизируют переводом его в устойчивую высокотемпературную модификацию путем введения добавок структурно близких к нему оксидов, образующих устойчивые твердые растворы. В качестве стабилизирующих добавок используют оксиды, увеличивающие средний ионный радиус катионов - СеО>, Y2Oj, 1. Са0, или способствующие образованию анионных вакансий - MgO, CaO, Y;Oj, Sc3 и др. Среди наиболее эффективных добавок следует отметить MgO, CaO, Y3, Sc3, CeO> [-]. При замещении ионов циркония ионами двухвалентных металлов образуется одна кислородная вакансия на каждый замещенный ион циркония, а при замещении трехвалентными ионами - одна вакансия на каждые два замещенных нона. Необходимая для получения однородной кубической структуры концентрация добавок определяется диаграммой состояния и составляет приблизительно - мол. СаО или MgO 8-9 мол. Y2Oj, Yb2Oi, ScjOj [,]. Руфф и Эберт сформулировали условия образования кубических твердых растворов Zr с различными оксидами [].