Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2025(16))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 73-76. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 73-76. Acknowledgments: The authors would like to thank D.V. Dudina and M.A. Esikov (Lavrentyev Institute of Hydrodynamics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk) for their assistance in producing ceramics using the SPS method. Funding: State assignment on the topic of research No. FMEZ-2025-0059. For citation: Preparation of Gd2Zr2O7 ceramics by spark plasma sintering using mechanical activation of a precursor / V. Yu. Vinogradov [et al.] // Transactions of the ^ l a Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 73-76. doi:10.37614/2949-1215.2025.16.2.012. Цирконаты редкоземельных элементов (РЗЭ) с общей формулой Ln 2Z r2O? (Ln — катион РЗЭ) занимают важное место в современном материаловедении в связи с их уникальными физико­ химическими свойствами [1; 2]. Керамики на основе цирконатов РЗЭ, в частности цирконата гадолиния Gd2Z r2O 7 , благодаря высокой температуре плавления (2 570 °C [3]), фазовой стабильности, большому коэффициенту термического расширения (1 1 ,0 9 1 0 -6 K-1) [2], низкой теплопроводности (1 ,5 -2 ,0 Вт/(м К) [4]), большой ионной проводимости (> 1 1 0 - 3 См/см при 800 °C [5]), хорошей коррозионной устойчивости [2], сопротивлению к спеканию при высоких температурах и стойкостью к дефектам [6], являются перспективными термобарьерными покрытиями (ТБП) нового поколения для лопаток газотурбинных двигателей. Также цирконаты РЗЭ могут стать потенциальными материалами для создания катализаторов, сенсоров, ионных проводников с высокой кислород-ионной проводимостью и др. [1; 7 -9 ]. Для синтеза Gd2Z r2O? с целью получения керамики на его основе применяют твердофазный способ и методы «мокрой химии» [1; 7; 8]. Более эффективным и прогрессивным , с учетом экологических требований, является использование механохимических методов с последующим применением различных способов консолидации полученных порошков, в частности электроискрового спекания (ЭИС). Такое сочетание различных процессов, помимо улучшения параметров синтеза (снижение времени, температуры , количества этапов термической обработки, устранение необходимости утилизации жидкофазных отходов), способствует получению наноразмерных порошков и керамик на их основе с повышенными физико - химическими и физико-механическими характеристиками. В данной работе методом ЭИС получена керамика на основе цирконата гадолиния, синтезированного из гидроксидного прекурсора с применением и без применения механоактивации (МА), а также изучены особенности микроструктуры и механические характеристики таких керамик. Керамические образцы получали как из исходного, так и из МА -прекурсора Gd2Z r2O?, полученного по методике, описанной в работе [10]. ЭИС проводили на установке SPS Labox 1575 apparatus (SINTER LAND Inc., Япония), скорость нагрева ~60 °/мин, 5 мин выдержка при давлении в 40 МПа. Микротвердость и модуль Юнга для керамик Gd2Z r2O? определены методом сравнительной склерометрии, микроструктура проанализирована с помощью сканирующей электронной микроскопии. Для рентгенофазового анализа (РФА) использовали дифрактометр Rigaku M iniflex-600 (СиКа-излучение). Съемка рентгенограмм проводилась со скоростью 2° (2Ѳ) в мин. Расчет по методу Ритвельда проводился с использованием программного обеспечения дифрактометра и электронной базы данных ICDD PD F -4+ 2021 г. ИК-спектры снимались на Фурье ИК-спектрометре N icolet 6700 FT-IR в таблетках KBr. Механические свойства керамических образцов Gd 2 Z r 2 O 7 , приготовленных методом искрового плазменного спекания с предварительной механоактивацией исходных порошков и без нее, исследовали контактным методом с помощью зондового микроскопа-нанотвердомера NanoSkan (FSBI TISNCM , Russia). Микроструктуру керамики керамических образцов Gd2Z r2O? анализировали с использованием сканирующей электронной микроскопии. В работе впервые проведено сравнительное исследование микроструктуры и механических свойств керамик цирконата гадолиния, полученных методом ЭИС при 1 300 и 1 550 °С из гидроксидных прекурсоров, синтезированных без и с использованием МА. По данным РФА, все полученные керамики Gd2Z r2O? являются нанокристаллическими и имеют структуру флюорита. © Виноградов В. Ю., Щербина О. Б., Ефремов В. В., Калинкин А. М., 2025 74