Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Сила взаимодействия между частицами корунда, разделенных эвтектической жидкостью, с уменьшением размера частиц существенно возрастает и определяется только поверхностным натяжением жидкости и геометрией контактной области. Установлено, что при любом размере частиц тугоплавкой фазы существует критическое количество расплава, выше которого жидкость не способствует, а препятствует процессу спекания. Для всех исследованных систем оно не превышает 8 % об. [3, 4]. II. Разработаны теория и механизм спекания керамических материалов, модифицированных добавками эвтектических составов, которые позволяют адекватно описывать закономерности и управлять процессом формирования структуры таких материалов. 2.1. Сформулированы принципы управления процессом формирования микроструктуры керамики на основе оксидов алюминия и циркония путем их модифицирования добавками эвтектических составов, а также подходы к выбору подобных модификаторов. Установлено, что при формировании микроструктуры материала роль внутреннего управляющего сигнала играют алюмокислородные сиботаксические группы, вид и размер которых существенным образом влияет на скорость процесса растворения — осаждения при жидкофазном спекании. Алюмосиликатные эвтектические добавки в большей степени способствуют спеканию оксида алюминия, нежели боросиликатные. Для эффективного уплотнения координационное число иона алюминия в расплаве должно составлять 6, что реализуется при использовании алюмосиликатных добавок. Рассчитана кажущаяся энергия активации спекания, которая для керамики с добавкой MnO — TiO2 составляет 230 кДж/моль; CaO — ZnO — AI 2 O 3 — SiO 2 — 275 кДж/моль; CaO — B 2 O 3 — SiO 2 — 350 кДж/моль. После завершения перегруппировки продолжается самосогласованная подстройка зерен твердой фазы. Для всех эвтектических добавок как между зернами корунда, так и диоксида циркония образуется прямая связь, что позволяет реализовать принцип создания прямо связанных структур. Срастание осуществляется за счет диффузии вакансий от границы к свободной поверхности частиц. Происходящие процессы аналогичны поверхностной самодиффузии при твердофазовом спекании [5, 6]. 2.2. Предложенные теоретические подходы к выбору добавок эвтектических составов применены для формирования материалов на основе оксидов алюминия и циркония, обладающих высоким уровнем заданных физико-механических свойств. На основе оксидов алюминия и циркония путем введения модификаторов эвтектических составов, создана технология высокоплотных керамических материалов, обладающих мелкокристаллическим строением, пределом прочности при трехточечном изгибе 500-600 МПа, имеющих температуру спекания на уровне 1350-1550 °С и перспективных для применения в различных областях техники. На основе диоксида циркония путем введения эвтектической добавки в системе CaO — ZnO — AI 2 O 3 — SiO 2 и 20 мас. % оксида алюминия, полученного прокаливанием гидроксида, разработана технология керамики, обладающей мелкокристаллическим строением, пределом прочности при трехточечном изгибе 800 ± 30 МПа, имеющей температуру спекания 1500 °С и перспективной для применения в качестве конструкционной (рис. 2, табл.). Рис. 2. Микроструктура образцов из частично-стабилизированного диоксида циркония с добавкой 3 мас. % CaO — ZnO — AI 2 O 3 — SiO 2 и 20 мас. % AI 2 O 3 . Увеличение х40000 670