Alpha-Alumina/Tetragonal Zirconia Composites Modified with Strontium Cations

L. I. Podzorova; Подзорова Л. И.; A. A. Il’icheva; Ильичёва А. А.; O. I. Pen’kova; Пенькова О. И.; V. P. Sirotinkin; Сиротинкин В. П.; O. S. Antonova; Антонова О. С.; M. A. Kaplan; Каплан М. А.; M. G. Frolova; Фролова М. Г.

doi:10.31857/S0002337X2306012X

Композиты корунд/тетрагональный диоксид циркония, модифицированные катионами стронция

Авторы: Подзорова Л.И.¹, Ильичёва А.А.¹, Пенькова О.И.¹, Сиротинкин В.П.¹, Антонова О.С.¹, Каплан М.А.¹, Фролова М.Г.¹
Учреждения:
1. Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, Российской академии наук
Выпуск: Том 59, № 6 (2023)
Страницы: 696-704
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140205
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X2306012X
EDN: https://elibrary.ru/EUOHQF
ID: 140205

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Получены композиты на основе нанопорошков, прекурсоры которых синтезированы гидролизным золь–гель-методом из 1 М растворов солей ZrOCl₂, Al(NO₃)_3, Yb(NO₃)₃, Sr (NO₃)₂, количество которых отвечало базовому составу (мол. %): 50 Al₂O₃, 50 – n 3Yb-TZP (тетрагональный диоксид циркония, стабилизированный 3% Yb₂O₃) и модификатор SrO в количестве n = 1, 3 и 6%. Проведено исследование влияния количества модификатора на формирование фазового состава, микроструктуры и механические характеристики композитов. Установлено, что введение модификатора определяет смещение фазового перехода θ-Al₂O₃ → α-Al₂O₃ в область более высоких температур. Показано, что в процессе спекания исходных наноразмерных порошков in situ в температурном интервале 1250–1400°C происходит формирование фаз корунда и гексаалюмината стронция. Определено, что введение модификатора свыше 3% повышает закрытую пористость композитов, снижая параметр прочности с 700 до 450 МПа.

Ключевые слова

фазообразование, микроструктура, прочность, трещиностойкость

Список литературы

Chevalier J., Liens A., Revero H. et al. Fourty Years after the Promise of “Ceramic steel?”: Zirconia Based Composites with a Metal Like Mechanical Behavior // Am. Ceram. Soc. 2019. V. 103. № 3. P. 1482–1513. https://doi.org/10.1111/jace.16903
Гаршин А.П., Гропянов В.М., Зайцев Г.П., Семенов С.С. Керамика для машиностроения. М.: Научтехлиттздат, 2003. 380 с.
Ахунова Д.Р., Попова Н.А., Лукин Е.С., Пашков О.Д., Кучеряев К.А. Композиционная керамика на основе диоксида циркония для твердотопливных элементов (Обзор) // Успехи в химии и хим. технологии. 2022. Т. 36. № 3. (252). С. 13–15.
Константинова Т.Е., Даниленко И.А., Брюханова И.И., Лоладзе Л.В. Новое поколение композитов на основе оксидных порошков // Перспективные материалы и технологии. Сб. материалов международного симпозиума / Под общ. ред. Рубаника В.В. 2019. С. 452–454.
Piconi C., Maccauro G., Muratori F. Alumina Matrix Composites in Arthroplasty // Key Eng. Mater. 2005. V. 284–286. P. 979–982. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.284-286.979
Морозова Л.В., Калинина М.В., Арсентьев М.Ю., Шилова О.А. Влияние криохимической и ультразвуковой обработки на текстуру, термическое разложение ксерогелей и свойства нанокерамики в системе ZrO2〈Y2O3〉–Al2O3 // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 6. С. 654–661. https://doi.org/10.7868/S0002337X17060112
Оболкина Т.О., Гольдберг М.А., Антонова О.С., Смирнов С.В., Тютькова Ю.Б., Егоров А.А., Смирнов И.В., Коновалов А.А., Баринов С.М., Комлев В.С. Влияние комплексных добавок на основе оксидов железа, кобальта, марганца и силиката натрия на спекание и свойства низкотемпературной керамики 3Y–TZP–Al2O3 // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 8. С. 1120–1125.
Chevalier J., Taddei P., Gremillard L. et al. Realiability Assessment in Advanced Nanocomposite Materials for Orthopedic Applications // J. Mater. Behavior of Biomed. Mater. 2011. V. 4 (9I.3). P. 303–314. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2010.10.010
Дудкин Б.Н., Бугаева А.Ю., Зайнуллин Г.Г., Филиппов В.Н. Композиционная керамика корунд/гексаалюминат лантана/алюмооксидное нановолокно // Неорган. материалы. 2010. Т. 46. № 4. С. 508–512.
Антонов Д.А., Тарасенко М.А., Павлов С.С., Макаров Н.А. Композиционная корундовая керамика с армирующими углеродными нанотрубками, модифицированная добавками эвтектического состава // Стекло и керамика. 2021. № 6. С. 16–21.
Naga S.M., Elshaer M., Awaad M., Amer A.A. Strontium Hexaaluminate ZTA Composites: Preparation and Characterization // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 232. P. 23–27. https://doi.org/0.1016/j.matchemphys.2019.04.055
Черкасова Н.Ю., Батаев А.А., Веселов С.В., Кузьмин Р.И., Стукачева Н.С., Зимоглядова Т.А. Структура и трещиностойкость керамики на основе Al2O3 и ZrO2 с добавкой SrAl12O19 // Письма о материалах. 2019. Т. 9. № 2. С. 179–184. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-179-184
Kern F., Gadow R. Influence of In Situ Platelet Reinforcement on the Properties of Injection Moulded Alumina-Toughened Zirconia // J. Ceram. Sci. Technol. 2011. V. 02 [01]. P. 47–54. https://doi.org/10.4416/JCST2010-00019
Podzorova L.I., Il’icheva A.A., Pen’kova O.I., Alad’ev N.A., Baikin A.S., Konovalov A.A., Morokov E.S. Dispersion Hardening of Composites in the System Aluminum Oxide and Cerium Cation Stabilized Tetragonal Zirconium Dioxide // Glass Ceram. 2017. V. 74. № 5–6. P. 204–208. https://doi.org/10.1007/s10717-017-9962-8
Подзорова Л.И., Ильичева А.А., Сиротинкин В.П., Антонова О.С., Баикин А.С., Пенькова О.И. Высокопрочные керамические композиты тетрагональный диоксид циркония/корунд, содержащие гексаалюминат стронция // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 2 С. 203–207. https://doi.org/10.31857/S0002337X2102010X
Ильичёва А.А., Подзорова Л.И., Сиротинкин В.П., Антонова О.С., Коновалов А.А., Кутузова В.Е., Пенькова О.И. Формирование гексаалюмината стронция в системах оксида алюминия и тетрагонального диоксида циркония, модифицированных катионами стронция // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 55. № 2. С. 154–161. https://doi.org/10.31857/s0044457x20020063
Вольхин В.В., Жарныльская А.Л., Казаков Д.А., Леонтьева Г.В. Синтез и стабилизация наноразмерной тетрагональной модификации диоксида циркония в алюмооксидной матрице // Изв. вузов. Сер. Химия и хим. технология. 2010. Т. 53. № 7. С. 3–7.
Малецкий А.В., Константинова Т.Е., Беличко Д.Р., Волкова Г.К., Бурховецкий В.В., Брюханова И.И., Головань Г.Н. Влияние легирования диоксидом циркония, стабилизированным иттрием, на структуру и свойства керамики на основе θ-оксида алюминия // Физика и техника высоких давлений. 2021. Т. 31. № 1. С. 63–74.
Yoshimura M., Sung-Tag Oh, Sando M., Niihara K. Crystallization and Microstructural Characterization of ZrO2(3 mol % Y2O3)Nano-Sized Powder with Al2O3 Contents // J. Alloys Compd. 1999. V. 290. P. 284–289. https://doi.org/10.1016/ S0925-8388(99)00213-3
Подзорова Л.И., Ильичева А.А., Шворнева Л.И. Влияние последовательности осаждения компонентов на фазообразование в системе ZrO2–CeO2–Al2O3 // Неорган. материалы. 2007. Т. 43. № 9. С. 1086–1089.
Sirotinkin V.P., Podzorova L.I., Il’icheva A.A. Comparative X-Ray Diffraction Study of the Yb2O3 Stabilized Zirconia Ceramics Doped with SrO and CaO // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 277. P. 125496.
Sirotinkin V.P., Shamrai V.F., Samokhin A.V., Alekseev N.V., Sinaiskii M.A. Phase Composition of Al2O3 Nanopowders Prepared by Plasma Synthesis and Heat-Treated // Inorg. Mater. 2012.V. 48. № 4. P. 342–349. https://doi.org/10.1134/S0020168512040152
Yen F.S., Lo Y.S., Wen H.L., Yang R.J. θ- to α-Phase Transformation Subsystem Induced by α-Al2O3 in Boehmite-Derived Nano-Sized Alumina Powders // J. Cryst. Growth. 2003. № 249. P. 283–293.
Sarath K.C., Monali M., Chowdary V.A., Ghosh G., Sarka D. Microstructure and Mechanical Behaviour of SrO Doped Al2O3 Ceramics // Mater. Sci. Eng. A, 2019. V. 739. P. 186–192. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.10.038
Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Госизд. физ. мат. лит., 1961. 782 с.
Егоров-Тисменко Ю.К. Кристаллография и кристаллохимия. М.: Университет (КДУ), 2005. 589 с.