Труды КНЦ вып.3 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 1/2019(10))

Исследование площади удельной поверхности А Уд. показало, что введение оксидов металлов в наименьшей концентрации в синтезированные порошки не приводит к существенному изменению их поверхности. Чистые композиты ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 характеризовались А уд. 47 м 2 /г, введение 0,33 мол. % Mn, Fe, Co в виде оксидов приводило к изменению удельной поверхности в пределах 5 %. При увеличении содержания оксидов металлов до 1 мол. % удельная поверхность снижалась до величин 40-45 м 2 /г, а также понижалась незначительно при введении 3 мол. % Mn, Fe, Co для материалов ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 . Снижение удельной поверхности связано с воздействием поверхностного натяжения растворов солей при введении их в порошок. Согласно данным дилатометрических испытаний, введение оксидов переходных металлов даже в минимальном количестве (0,33 мол. % Co, Fe, Mn) в композиционные материалы системы ZrO 2 — Al 2 O 3 способствует существенному увеличению активности материалов к спеканию. Для материалов ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 наиболее выраженный эффект наблюдался при введении железа — усадка возрастала с 13,8 для материала без добавки до 24,1 % с добавкой. Введение Co и Mn также способствовало интенсификации спекания — усадка составляла 19,6 и 22,4 % соответственно. Начало наиболее быстрого этапа спекания для материалов, содержащих железо, наблюдалось при температуре 1010 °С. Увеличение содержания оксидов металлов в материалах ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 приводило к более выраженной разнице в поведении материалов при спекании. Так, увеличение содержания Co в материалах до 3 мол. % приводило к снижению величины линейной усадки до 5,6 %, при этом температура начала усадки повышалась до 1145 °С. Таким образом, введение 3 мол. % Co приводило к снижению активности материалов к спеканию. Материалы, содержащие оксиды Fe и Mn в количестве 3 мол. % катиона, показали тенденции, аналогичные материалам, содержащим 0,33 мол. %, при этом величина линейной усадки возросла до 26,2 % в обоих случаях. Материалы, содержащие оксид Fe, начинали спекаться при температуре 930 °С, а также показывали ускоренное уплотнение при 1335 °С. В материалах, содержащих Mn, ускоренная усадка наблюдалась при 990 °С с последующим этапом ускорения уплотнения при 1360 °С. Таким образом, для материалов ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 наиболее выраженное позитивное влияние на активность материалов к спеканию оказывает введение оксида железа, который даже при малых концентрациях способствует существенному росту усадки и снижению температуры начала уплотнения (рис. 2). Согласно данным рентгенофазового анализа, чистые материалы ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 , спеченные при 1450 °С, характеризуются присутствием диоксида циркония тетрагональной модификации (t-ZrO 2 ) (JCPDS # 42-1164), а также незначительного количества моноклинной модификацией m-ZrO 2 (JCPDS # 37­ 1484) — до 5 мас. %, количество которой возрастает при увеличении температуры спекания до 1500 °С, Al 2 O 3 кристаллизуется в виде корунда (JCPDS #10-0173) (рис. 3). Введение оксида Co в минимальных количествах (0,33 мол. % Co) приводит к снижению количества m-ZrO 2 при 1450 и 1500 °С по сравнению с чистыми материалами без добавки. Увеличение содержания Со приводит к росту количества m-ZrO 2 , количество тетрагональной модификации снижается. 251