Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2022(13))

Керамические материалы на основе диоксида циркония (ZrO2) благодаря уникальному сочетанию свойств нашли применение во многих областях в качестве огнеупорных материалов, материалов для твердооксидных топливных элементов, анализаторов кислорода и режущих инструментов и т. д. Они также используются в медицине. В последнее время особое внимание уделяется получению композиционных керамических материалов на основе ZrO2 — AI 2 O 3 . Данная система интересна комбинацией твердости и трещиностойкости. Повышение механических свойств при введении AhO 3 было показано во многих работах [1-3]. Однако при всех своих преимуществах у данных материалов есть недостаток — они спекаются при высокой температуре 1600-1750 °С (горячее изостатическое прессование), поэтому требуется дорогостоящее, энергоемкое и менее производительное оборудование. Актуальной задачей является разработка состава шихты на основе ZrO 2 — AI 2 O 3 с пониженной температурой спекания, что позволит упростить технологию получения керамических материалов ZrO 2 — AI 2 O 3 . Одним из эффективных подходов такого снижения является введение различных спекающих добавок [4, 5]. В работе [6] установлено, что введение диоксида кремния (SiO 2 ) в ZrO 2 (стабилизированный CaO), упрочненный оксидом алюминия (ATZ), приводит к росту механических свойств. Так, при введении 5 мол. % SiO 2 наблюдается существенное увеличение вязкости разрушения (от 7,05 до 12,4 МПа • м0,5), а также незначительное увеличение прочности на сжатие (от 2,45 до 2,75 ГПа) и пластичности (от 5,3 до 7,3 %). Улучшение механических свойств ATZ-керамики авторы связывают с повышением трансформируемости тетрагональной фазы t-ZrO 2 . Данная работа посвящена исследованию влияния добавок на основе дисиликата натрия (Na2Si2O5) и марганца (Mn2+) на фазовый состав, микроструктуру, спекание и механические свойства композиционного керамического материала Z 1 O 2 , стабилизированного 3 мол. % Y 2 O 3 — 2,5 мас. % AI 2 O 3 (Z-A). Композиционные керамические порошки ZrO 2 — AhO3 получали методом соосаждения. В работе были использованы следующие реактивы: цирконий хлорокись 8-водный (ZrOCh • 8 H 2 O) «хч», алюминий хлористый 6 -водный (А 1 СІ 3 • 6 H 2 O) «хч», иттрий хлористый 6 -водный (YCI 3 • 6 H 2 O) «хч», аммиак «ос. ч», аммоний углекислый кислый «ч», силикат натрия (Na 2 SiO 3 • 9 H 2 O) «хч», тетраэтоксилан ((C 2 f tO ) 4 Si) «хч», кристаллогидрат ацетата марганца (II) (Mn(CH 3 COO )2 • H 2 O) «хч». Процесс получения порошка подробно описаны в наших предыдущих работах [5]. В полученный после синтеза порошок вводили комплексные добавки, содержащие 1 и 2 мас. % Na 2 Si 2 O 5 и 0, 0,25 и 0,5 мол. % Mn2+. Обозначение составов приведены в табл. 1. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. Вып. 6. 2022. Т. 13, № 1. С. 180-185. Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. Issue 6. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 180-185. Таблица 1 Состав керамических материалов Z-A Маркировка Na 2 Si 2 O 5 , мас. % Mn2+, мол. % Z -A 0 0 Z-A-1N-025Mn 1 0,25 Z-A-1N -05Mn 1 0,5 Z-A-2N -05Mn 2 0,25 Z-A-2N -05Mn 2 0,5 Формовку образцов осуществляли методом одноосного прессования в металлической пресс-форме при давлении 100 МПа. Спекание проводили в электрических печах в температурном диапазоне 1250-1500 °С в воздушной атмосфере. Фазовый состав порошков и обожженных образцов исследовали методом рентгенофазового анализа (РФА) на дифрактометре «Дифрей 401» (Россия) с использованием Cr-Ka-излучения. Морфологию порошков и микроструктуру керамики исследовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) на микроскопе Tescan Vega II (Чехия). Открытую пористость спеченных образцов определяли в соответствии с ГОСТ 2409-2014. Для исследования механических свойств спеченные образцы подвергали шлифовке и полировке. Прочность материалов при трехточечном изгибе определяли на разрывной машине Instron 3382 (США), микротвердость — на микротвердомере 401/402-MVD (США). © Оболкина Т. О., Гольдберг М. А., Смирнов С. В., Антонова О. А., Хайрутдинова Д. Р., Уткин Д. А., Котельников Н. Л., 2022 181