Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

DOI: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.029 УДК 546.831.4, 666.9-12 СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ZrO 2 — Al 2 O 3 , СОДЕРЖАЩЕЙ СПЕКАЮЩИЕ ДОБАВКИ Т. О. Оболкина, М. А. Гольдберг, С. В. Смирнов, О. А. Антонова Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия Аннотация Исследовано влияние комплексных добавок, содержащих Na 2 Si 2 O 5 и оксиды Co, Fe, на свойства и температуру спекания керамического материала на основе диоксида циркония (ZrO 2 ) с содержанием оксида алюминия (Al 2 O 3 ) 10 мас. %. Было показано, что введение комплексных добавок способствовало процессу интенсификации и существенному росту прочности и микротвердости спеченных керамических материалов ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 . Наибольшая прочность при изгибе (362 ± 25 МПа) достигнута при спекании при 1250 °С на составе ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 — 5 % Na 2 Si 2 O 5 + 0,33 % Fe. Ключевые слова: керамика, композит, диоксид циркония, оксид алюминия, спекание. SINTERING AND PROPERTIES OF ZrO 2 — Al 2 O 3 CERAMIC MATERIAL, CONTAINING SINTERING ADDITIVES T. O. Obolkina, M. A. Goldberg, S. V. Smirnov, O. A. Antonova Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Abstract We studied the effect of complex additives containing Na 2 Si 2 O 5 and Co, Fe oxides on the properties and sintering temperature of a ceramic material zirconium dioxide (ZrO 2 ) with an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) content of 10 wt %. It was shown that the introduction of complex additives contributed to the intensification process and a significant increase in the strength and microhardness of the sintered ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 . The greatest strength (362 ± 25 MPa) was achieved by sintering at 1250 ° C on the composition of ZrO 2 — 10 % Al 2 O 3 — 5 % Na 2 Si 2 O 5 + 0,33 % Fe. Keywords : ceramic material, composite, zirconium dioxide, aluminum oxide, sintering. Композиционная керамика на основе частично стабилизированного диоксида циркония и оксида алюминия (ZrO 2 — Al 2 O 3 ) является уникальным сочетанием свойств: высокая прочность при изгибе, трещиностойкость, твердость, износостойкость, химическая инертность, биоинертность. Наиболее перспективными областями применения данной керамики являются машиностроение, авиакосмическая техника, медицина. На сегодняшний день высокая температура спекания (1600 ­ 1750 °С) является основным недостатком получения изделий из ZrO 2 — Al 2 O 3 . Для достижения таких температур применяется дорогостоящее и менее производительное оборудование (горячее, изостатическое прессование). Для снижения температуры спекания в работах [1, 2] вводят оксидные добавки, которые существенно влияют на процесс спекания, микроструктуру и механические свойства. В результате в решетке кристаллического материала образуются многочисленные дефекты, способствующие интенсификации спекания. Также одним из эффективным, но малоисследованным методом снижения температуры спекания является введение добавок, образующих расплав. Это происходит вследствие протекания спекания по жидкофазному механизму, когда процесс массопереноса осуществляется через жидкую фазу. В данной работе исследуется влияние комплексных добавок, содержащих дисиликат натрия (Na 2 Si 2 O 5 ), оксиды таких металлов, как кобальт и железо (Co, Fe), на фазовый состав, спекание и механические свойства керамики на основе частично стабилизированного оксидом иттрия ZrO 2 — Al 2 O 3 (Al 2 O 3 10 мас. %). Исходные композиционные керамические порошки ZrO 2 — Al 2 O 3 получали методом химического осаждения из растворов солей оксихлорида циркония (ZrOCNA^O) и хлорида алюминия (АЮ^б^О) из расчета 10 мас. % AI 2 O 3 по отношению к ZrO 2 в 9 %-й водный раствор аммиака. Хлорид иттрия (YCI.V6H 2 O) вводили для стабилизации тетрагональной модификации ZrO 2 ( t -ZrO 2 ) из расчета 3 мол. % оксида иттрия (Y 2 O 3 ) к ZrO 2 . После синтеза полученный осадок сушили, 134