Влияние спекающих добавок, синтезированных методом сжигания нитратов алюминия, на свойства керамики Al2O3–3YSZ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние введения 15 мас. % спекающих добавок на твердость и пористость керамики Al2O3–3YSZ. Спекающую добавку в виде порошков α-Al2O3 синтезировали методом сжигания нитратов алюминия или Solution Combustion Synthesis (SCS) с использованием органических восстановителей глицина и мочевины. Замечено, что использование не разрушенных после SCS агрегатов субмикронных частиц оксида алюминия не позволяет получить высокоплотную керамику. После спекания при 1550°C керамические образцы имеют относительную плотность от 75 до 85% из-за значительной закрытой пористости. Значения микротвердости образцов варьируются от 1 до 11.1 МПа и коррелируют с изменениями плотности и пористости керамики. Для образца сравнения с добавкой оксида алюминия “ч.” достигнута максимальная относительная плотность 98% при отсутствии закрытой пористости.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. И. Комоликов

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО Российской академии наук

Email: larisaer@ihim.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Л. В. Ермакова

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: larisaer@ihim.uran.ru
Россия, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620108

В. Д. Журавлев

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Email: larisaer@ihim.uran.ru
Россия, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620108

Е. И. Сенаева

Институт машиноведения УрО Российской академии наук

Email: larisaer@ihim.uran.ru
Россия, ул. Комсомольская, 34, Екатеринбург, 620049

Р. А. Шишкин

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Email: larisaer@ihim.uran.ru
Россия, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620108

Список литературы

  1. Лукин Е.С., Макаров Н.А., Козлов А.И., Попова Н.А., Ануфриева Е.В., Вартанян М.А., Козлов И.А., Сафина М.Н., Лемешев Д.О., Горелик Е.И. Оксидная керамика нового поколения и области ее применения // Стекло и керамика. 2008. Т. 81. № 10. С.
  2. Carter C.B., Norton M.G. Ceramic Materials: Science and Engineering. N. Y.: Springer, 2007. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4614-3523-5#book-header
  3. Абызов А.М. Оксид алюминия и алюмооксидная керамика (Обзор). Часть 2. Зарубежные производители алюмооксидной керамики. Технологии и исследования в области алюмооксидной керамики // Новые огнеупоры. 2019. Т. 2. С. 13–22. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-2-13-22
  4. Bertrand S., Michalet T., Giraud A., Parlier M., Bataille A., Duclos R., Crampon J. Processing, Microstructure and Mechanical Strength of Reaction-Bonded Al2O3 Ceramics // Ceram. Int. 2003. V. 29. P. 735–744. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(02)00225-0
  5. Turon-Vinas M., Roa J.J., Marro F.G., Anglada M. Mechanical Properties of 12Ce–ZrO2/3Y–ZrO2 Composites // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 14988–14997. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.08.044
  6. Thakare V. Progress in Synthesis and Applications of Zirconia // Int. J. Eng. Res. Dev. 2012. V. 5. P. 25. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:14822500
  7. Heuer A.H. Transformation Toughening in ZrO2-Containing Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1987. V. 70. P. 689–698. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1987.tb04865.x
  8. Green D.J., Hanninck R.H., Swain M.V. Transformation Toughening of Ceramics. Boca Raton: CRC, 1989.
  9. Kelly P.M., Rose L.R.F. The Martensitic Transformation in Ceramics — Its Role in Transformation Toughening // Prog. Mater. Sci. 2002. V. 47. P. 462–557. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(00)00005-0
  10. Lei J., Zhang Q., Wang Y., Zhang H. Direct Laser Melting of Al2O3 Ceramic Paste for Application in Ceramic Additive Manufacturing // Ceram. Int. 2022. V. 48. №10. P. 14273–14280. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.315
  11. Li J., Wang Q., Gai K., Lu B., Wu Y., Zheng K., Guan B., Han W., Ye L., Chen F., Zhao T. Zirconia-Alumina Multiphase Ceramic Fibers with Exceptional Thermal Stability by Melt-Spinning from Solid Ceramic Precursor // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. P. 7157–7165. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.08.036
  12. Boch Ph., Niepce J.C. Ceramic Materials: Processes, Properties and Applications. ISTE, 2007. 573p. ISBN: 978-0-470-61241-5. https://doi.org/10.1002/9780470612415
  13. Бурдыкин Д.А., Макаров Н.А., Артемкина И.М. Конструкционная керамика на основе системы ZrO2–Al2O3 с пониженной температурой спекания // Успехи в химии и хим. технологии. 2014. Т. XXVIII. № 8. C. 15–17.
  14. Zhang B., Wang C., Zhang Y., Zhang X., Yang J. A Novel Method for Fabricating Brick-Mortar Structured Alumina-Zirconia Ceramics with High Toughness // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. P. 727–732. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.10.013
  15. Cherif M., Duffarb T., Carroz L., Lhuissier P., Bautista-Quisbert E. On the Growth and Structure of Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2:Y Solidified Eutectic // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. P. 3172–3180. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.03.025
  16. Xu X., Xu X., Liu J., Hong W., Du H., Hou F. Low-Temperature Fabrication of Al2O3-ZrO2 (Y2O3) Nanocomposites through Hot Pressing of Amorphous Powders // Ceram. Int. 2016. V. 42. P. 15065–15071. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.06.168
  17. Su H., Zhang J., Wang H., Song K., Liu L., Fu H. Effect of Solidification Path on the Microstructure of Al2O3–Y2O3–ZrO2 Ternary Oxide Eutectic Ceramic System // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. P. 3137–3142. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.03.027
  18. Zhuravlev V.D., Vasil’ev V.G., Vladimirova E.V., Shevchenko V.G., Grigorov I.G., Bamburov V.G., Beketov A.R., Baranov M. V. Glycine-Nitrate Combustion Synthesis of Finely Dispersed Alumina // Glass. Phys. Chem. 2010. V. 36. P. 506–512. https://doi.org/10.1134/S1087659610040164
  19. Zhuravlev V.D., Bamburov V.G., Beketov A.R. V.D., Perelyaeva L.A., Baklanova I.V., Sivtsova O.V., Vasil’ev V.G., Vladimirova E.V., Shevchenko V.G., Grigorov I.G. Solution Combustion Synthesis of α-Al2O3 Using Urea // Ceram. Int. 2013. V. 39. P. 1379–1384. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.07.078
  20. Khaliullin S.M., Nefedova K.V., Zhuravlev V.D. Nanocomposites mAl2O3–nYSZ by Impregnation Combustion Synthesis with Urea as a Fuel // Int. J Self-Propag. High-Temp. Synth. 2019. V. 28. P. 1–9. https://doi.org/10.3103/S1061386219010072
  21. Комоликов Ю.И., Кащеев И.Д. Высокопрочная керамика на основе порошка диоксида циркония // Стекло и керамика. 2002. Т. 75. № 6. С.
  22. Srdic V.V., Winterer M., Hahn H. Sintering Behavior of Nanocrystalline Zirconia Doped with Alumina Prepared by Chemical Vapor Synthesis // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V. 83. P. 1853–1860. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01481.x
  23. Kong Y.M., Kim H.E., Kim H.W. Production of Aluminum–Zirconium Oxide Hybridized Nanopowder and Its Nanocomposite // J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. P. 298–302. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01353.x
  24. Rahaman M.N. Ceramic Processing and Sintering. 2nd ed. Boca Raton: CRC, 2017. Р.1–876 р. https://doi.org/10.1201/9781315274126

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Морфология порошка корунда, полученного из глинозема Г-00

Скачать (147KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгенограмма образца керамики без добавок после обжига при 1550°С

Скачать (87KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости твердости керамических образцов 1–4 после обжига при 1550°С от достигнутой плотности спекания (а) и от закрытой пористости (б)

Скачать (84KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Морфология порошка оксида алюминия, полученного с глицином после отжига при 1100°C (а, б); с мочевиной после отжига при 900°C (в, г); с мочевиной после отжига при 1100°C (д, е); оксида алюминия “ч.” после отжига при 1100°C (ж, з)

Скачать (584KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Дифрактограммы спекающих добавок Al2O3: 1–4 – см. табл. 1

Скачать (104KB)
Метаданные
7. Рис. 6. СЭМ-изображения в обратных электронах сколов керамических образцов с добавками Al2O3, полученными с глицином после отжига при 1100°С (а), с мочевиной после отжига при 900 (б) и 1100°C (в), с оксидом алюминия “ч.” (г)

Скачать (323KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024