Разработка технологии получения горячепрессованных керамических материалов на основе диоксида циркония тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат наук Власов, Александр Викторович

• Власов, Александр Викторович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Власов, Александр Викторович

Содержание

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Свойства диоксида циркония

1.2 Необходимость стабилизации

1.3 Критический размер зерна

1.4 Влияние примесей

1.5 Температура процесса прессования

1.6 Давление процесса прессования

1.7 Возможные пути повышения прочности

1.8 Наномодифицирование

1.9 Карбид вольфрама как модифицирующая добавка

1.10 Диоксид гафния как модифицирующая добавка

1.11 Компактирование

1.12 Обработка керамических образцов

1.13 Требования к исходным порошкам и способы их получения

Выводы по литературному обзору

Глава 2

2.1 Математические модели, описывающие процесс упрочнения

2.2 Наномодифицирование, модели и экспериментальные данные

2.3 Моделирование структур порошков при прессовании

2.4 Низкомодульное модифицирование

2.5 Классическая модель трансформационного упрочнения

2.6 Дисперсное упрочнение

2.7 Разработка технологии получения керамических материалов на основе диоксида циркония. Получение и аттестация исходных порошков

2.8 Модернизация УГП-2

2.9 Модернизация оборудования

2.10 Разработка технологических режимов получения образцов

2.11 Влияние технологических факторов на свойства керамических изделий

2.12 Технологические режимы получения образцов

Глава 3. Структура и свойства полученных материалов

3.1 Фазовый состав

3.2 Структура и микроструктура

3.3 Керамические свойства

3.4 Физико-механические свойства

Глава 4. Практическое использование разработанных материалов

4.1 Оптимальные технологические схемы получения керамических материалов

на основе диоксида циркония

4.2 Волочильный инструмент

4.3 Зубное протезирование

Выводы

Заключение

Библиографический список

Приложение 1

Приложение 2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии получения горячепрессованных керамических материалов на основе диоксида циркония»

Введение

Техническая керамика является относительно новым видом материалов, объемы её производства заметно уступают производству традиционных металлических и полимерных материалов, но темпы роста производства керамики превышают соответствующие показатели выпуска стали, алюминия и др. металлов.

Особое место среди многообразия перспективных конструкционных материалов занимает керамика на основе частично стабилизированного диоксида циркония. Выбор керамики на основе частично стабилизированного диоксида циркония учеными, технологами, проектировщиками, исследователями и т.д. оправдан многообразием преимуществ среди его физико-химических свойств, таких как показатели предела прочности при изгибе (до 2,5ГПа), максимальный показатель трещиностойкости среди керамических материалов, высокая кислото- коррозионно- износо- и термостойкость, а также, в последнее время, выделяют еще одно уникальное качество - биосовместимость.

Циркониевая керамика хорошо зарекомендовала себя как перспективный в различных областях промышленности, таких как космическая, авиационная, нефтегазовая, атомная, машиностроение, медицина и др. и долговечный материал. Керамика на основе частично стабилизированного диоксида циркония, особым образом, востребована в металлургической промышленности, в основном благодаря сочетанию свойств огнеупорности, термостойкости и долговечностью работы при взаимодействии с расплавами металлов. Также выбор керамики из частично стабилизированного диоксида циркония обусловлен его уникальной способностью к мартенситным превращениям, которые качественным образом продлевают срок жизни изделий технической керамики в жестких условиях работы. Находкой для технолога является и температурный коэффициент линейного расширения ((10-1 ОТ О"6 К"1), который сходится с известным сплавом хастелой (Нав1е11оу) (11,3-10"6 К"1), следовательно, эти материалы могут работать в паре. Таким образом, частично стабилизированный диоксид циркония можно использовать в качестве футеровки труб на производствах, включающих в себя необходимость транспортировки солевых расплавов, а также как конструкционный и футеровочный материал для жидкосолевых ядерных реакторов.

Традиционные керамические материалы, полученные стадиями прессования и последующего спекания, как правило, имеют размер зерна около 80-100 мкм, по этой причине прочностные характеристики керамики достигли определенного максимума. Современные тенденции в исследовании порошковой металлургии сводятся к постепенному уменьшению размера зерна, до величин 1-5 мкм, при такой крупности зерна улучшены показатели спеченных керамических материалов, а именно, наблюдается повышение прочности и снижение пористости заготовок. Снижение крупности зерна повлекло за собой некоторые технологические проблемы: потребовалось повысить давление прессования и необходимо контролировать рост зерна при высокотемпературном спекании. Наиболее эффективным решением является метод горячего прессования, позволяющий проводить одновременные стадии прессования и спекания, причем температура спекания при горячем прессовании ниже, чем в традиционном методе получения керамики, благодаря этому снижению температуры удалось снизить рост зерна. Предел прочности при изгибе для частично стабилизированной циркониевой керамики, полученной методом горячего прессования, находится в пределах от 500 до 2500 МПа [1] и напрямую зависит от подготовки исходного порошка и режима получения керамики. Метод прессования при комнатной температуре и последующего спекания на воздухе позволяет получать материалы с гораздо более низкими значениями предела прочности при изгибе (800-1000 МПа) [2].

Фактически, применение метода горячего прессования, наряду с использованием высокодисперсных керамических порошков, позволяет достигать требуемых показателей прочности, плотности и пористости. В данной работе горячее прессование выбрано нами как основной метод получения керамических материалов.

На сегодняшний день применение циркониевой керамики увеличилось в десятки раз по сравнению с серединой прошлого века. Это можно связать с более доступной ценой на циркониевую керамику, а также с невозможностью обеспечения потребителя спектром всех запрашиваемых им свойств и качеств, которым в данный момент уже не соответствует сталь. В настоящий момент предложение на рынке керамики не может обеспечить постоянно растущий спрос. А практически половина добываемого мирового сырья уходит на изготовление диоксида циркония для керамических нужд.

Несмотря на то, что керамические материалы на основе частично стабилизированного диоксида циркония обладают рядом уникальных свойств,

применение их ограниченно по причине недостаточной механической прочности. Повышение механической прочности и создание материалов с заданными свойствами -приоритетные задачи для технологов порошковой металлургии на сегодняшний день.

Первым шагом по повышению прочностных характеристик циркониевой керамики стало трансформационное упрочнение, то есть помимо стабилизации диоксида циркония в низкотемпературной тетрагональной модификации, для целей предотвращения растрескивания материала после термообработки, был выявлен эффект торможения трещин при механических воздействиях на материал. Таким образом, становится понятно, что следует прорабатывать и другие возможные методы повышения прочности, такие как: дисперсное упрочнение, высокомодульное модифицирование, низкомодульное модифицирование, модифицирование наночастицами.

Динамически развивающаяся современная промышленность, заинтересована в более совершенных технологиях, которые на сегодняшний день нуждаются в многообразии качественных материалов, способных соответствовать предъявляемым к ним требованиям.

Целью работы является разработка технологии получения методом горячего прессования керамических материалов на основе стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония, модифицированных добавками карбида вольфрама, диоксида гафния, нитрида бора и добавками нанопорошков диоксида циркония; исследование основных физико-химических свойств горячепрессованных керамических материалов для применения в качестве волочильного инструмента и других областях практического использования. Задачи работы

В соответствии с общей целью в работе решаются следующие задачи:

- разработка технологических режимов горячего прессования керамики из стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония, модифицированной добавками нанокристаллических порошков диоксида циркония.

- разработка технологических режимов горячего прессования керамических композитов различных составов на основе стабилизированного диоксида циркония;

- совершенствование имеющейся установки горячего прессования УГП-2 для расширения технологических возможностей метода горячего прессования;

- исследование влияние составов исходных порошковых шихт и технологических параметров горячего прессования на структуру и физико-химические свойства керамических материалов;

- оптимизация составов и технологических режимов процессов горячего прессования керамики из диоксида циркония и композитов на её основе;

- оценка возможности использования полученных керамических материалов для изготовления волочильного инструмента при производстве труб и определение областей их применения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты структурно-имитационного моделирования для расчета оптимального количества добавок наночастиц различных размеров, полученные с использованием специально разработанной математической модели.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния добавок наноразмерных частиц стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония на прочностные характеристики керамических материалов того же химического состава.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния добавок карбида вольфрама и добавок диоксида гафния на прочностные характеристики композиционных керамических материалов на основе стабилизированного диоксида циркония.

4. Оптимальные технологические схемы получения методом горячего прессования керамических материалов из стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония с добавками: наноразмерных частиц стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония, диоксида гафния, карбида вольфрама.

Научная новизна работы

- впервые разработана математическая модель для расчета оптимального количества добавки нанопорошков различной крупности в порошковые шихты из частиц микронных размеров;

определены основные физико-химические свойства впервые полученных высокоплотных композиционных материалов систем гЮ2-\\^С, 7г02-НЮ2;

- установлено, что добавка 5-10% нанопорошка диоксида циркония в порошковые шихты из микропорошка диоксида циркония значительно (до 33 %) повышает прочностные свойства получаемого керамического материала;

- выявлено, что добавление 5-30 об. % карбида вольфрама в матрицу из диоксида циркония повышает прочностные свойства получаемых композиционных керамических материалов. Максимальное значение прочности получено при добавке 30 об. % АМС;

- впервые установлено, что наиболее высокая прочность композитов системы Ъх02-НГО2 отмечается при содержании НГО2 от 10 до 30 об. % и температуре горячего прессования 1500 °С. Дальнейшее увеличение содержания НЮ2 приводит к снижению прочностных свойств керамики;

впервые определены оптимальные параметры технологических операций технологических схем получения методом горячего прессования следующих керамических материалов:

® из диоксида циркония с добавкой наночастиц диоксида циркония; ® композитов 2г02-\\^С; • композитов Zv02-Ш02.

Практическая значимость работы

1. Разработана технология модифицирования керамики на основе стабилизированного диоксида циркония наночастицами того же состава, даны рекомендации по оптимальным содержаниям добавки нанопорошков в микронные порошки в зависимости от соотношения размеров частиц нано- и микропорошков;

2. Разработаны технологические схемы и режимы получения методом горячего прессования керамических материалов на основе диоксида циркония, модифицированных добавками карбида вольфрама, диоксида гафния, нитрида бора и добавками нанопорошков диоксида циркония;

3. Впервые получены высокоплотные горячепрессованные композиционные материалы систем гг02 - WC, Zr02 - НЮ2;

4. Подтверждена возможность практического использования разработанных керамических материалов для изготовления волочильного инструмента и стоматологических протезов. Волочение через керамические фильеры позволяет значительно снизить необходимое усилие волочения, уменьшить налипание обрабатываемого металла на инструмент и исключить добавление смазки при волочении. Это позволяет сократить количество операций при производстве цельнотянутых труб и повысить их качество.

Личный вклад автора

Автором сформулированы задачи исследования, проведен комплекс работ по модернизации установки горячего прессования. Получены новые керамические материалы. Обработаны и проанализированы экспериментальные данные по исследованию процессов горячего прессования и определению свойств керамики. Разработаны оптимальные технологические схемы получения керамических материалов на основе диоксида циркония. Изготовлены керамические оправки для волочения цельнотянутых труб и блоки-заготовки для стоматологических протезов.

Апробация работы

Основные результаты работы были представлены на VI научно-технической конференции ОАО «ОКБ «Новатор» (Екатеринбург, 2008), XI международной научной конференции «Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии» (Ставрополь, 2012), XXXIII Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий. «Наука и технологии» (Миасс, 2013), Всероссийской научной Интернет-конференции с международным участием «Нанотехнология в теории и практике» (Казань, 2013), третьей международной конференции «Наноматериалы и нанотехнологии» (Чехия, Острава, 2013). Получено заключение Межрегионального совета по науке и технологиям (Приложение 1).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, включающего 80 наименований. Работа изложена на 148 страницах, содержит 75 рисунков, 23 таблицы, 2 приложения.

Глава 1. Литературный обзор 1.1 Свойства диоксида циркония

Диоксид циркония Ъг02, бесцветные кристаллы; до 1172°С существует моноклинная модификация (а = 0,5169 нм, Ь = 0,5232 нм, с = 0,5341 нм,Р = 80,75°, пространственная группа Р21З, плотность 5,85 г/см3), в интервале 1172-2347 °С -тетрагональная (а = 0,5085 нм, с = 0,5166 нм, плотность 6,16 г/см3), выше 2347 °С -кубическая (а = 0,51 нм, пространственная, группа РтЗт), АН полиморфных переходов соответственно 8,4 и 13 кДж/моль; кубическая фаза может быть стабилизирована при низких температурах созданием вакансий в анионной подрешетке путем растворения 2гМ, СаО, У203 и др.; температура плавления 2710 °С, температура кипения около 4500 °С; С°р55,92 Дж/(моль ■ К); АН1Ш 90 кДж/моль, АНВ03Г 780 кДж/моль (°К), АН°о6р -1100,3 кДж/моль; 8°298 50,39 Дж/(моль-К); температурный коэффициент линейного расширения моноклинной фазы 7Т0'6 К"1, тетрагональной фазы 1,28Т0~5 К"1; кубическая фаза имеет высокую электрическую проводимость (по ионам О2'). Циркония диоксид не растворим в воде, растворим в горячих концентрированных растворах Н280^, НР. Выше 300 °С взаимодействует с СС14, СОС12, выше 400 °С ■ с ИР и Р2, выше 600 °С в присутствии С - с С12, выше 1400 °С - с С. При нагревании реагирует с оксидами, гидроксидами и карбонатами одно- и двухвалентных металлов, образуя твердые растворы или цирконаты. С дает многочисленные оксифториды.

1.2 Необходимость стабилизации

Оксид циркония встречается в природе в виде минерала бадцелеита. Этот минерал был открыт в 1892 г. и вскоре была установлена его принадлежность к моноклинной сингонии[3]. Сопутствующей, трудноотделимой примесью циркониевых пород является НЮ2 (химический аналог Zr02), улучшающей технические свойства

огнеупора, так как имеет меньшее тепловое расширение и меньшее изменение объема при полиформизме, чем ЪхОг\ к тому же НЮ2 плавится при 2777 - 2900 °С, т.е. выше температуры плавления Ъх02 [4].

В 1929 г. Руфф и Эберт [5] установили, что существующий до 800 °С моноклинный оксид циркония (М) при более высокой температуре превращается в тетрагональную (Т) форму. Позднее при температурах выше 2000 °С у оксида циркония было доказано существование кубической (К) формы, принадлежащей к структурному типу флюорита [6].

Термостойкий 7хОг (по А.Г. Караулову). Максимальная термостойкость изделий достигается при содержании моноклинной фазы в пределах 20-40 %. Изделия этого типа явились основным огнеупорным материалом при 2000 - 2500 °С.

Частично стабилизированный ЪхОг характеризуется исключительно высокой стойкостью и используется как конструкционный, превосходящий по прочности сталь и ее сплавы при комнатных и высоких температурах [7].

Все отмеченные выше кристаллические формы оксида циркония при определенных температурах обратимо превращаются одна в другую по схеме М<-»Т<->К с изменением объема при переходах. Но для этих превращений характерно несовпадение температурных интервалов прямого и обратного перехода, т.е. наличие гистерезиса [8]. Существование гистерезиса объясняется наличием напряжений в структуре, возникающих при объемных изменениях, сопровождающих полиморфное превращение и их взаимодействием с остаточными напряжениями, имеющимися в образце.

В системе Zr - О имеется несколько фаз твердых растворов кислорода в цирконии и нестехиометрических оксидов. ЪхО>г - устойчивое соединение с 1^= 2715 °С, ТКШ1 = 4300 °С. В диоксиде циркония отношение ионных радиусов гк/га = 0.66 близко к границе между анионами кристаллической решетки с координационными числами 8 и 6. Большие размеры катиона циркония (0,082 нм) не позволяют ионам кислорода в решетке сблизиться настолько, чтобы реализовать восьмерную координацию. В связи с этим в гЮ2 проявляется необычная координация, при которой (к.ч.) 2г02 = 7, а один из атомов кислорода занимает положение между двумя узлами решетки АВ : А-восьмерной координации и В - шестерной. При высоких температурах за счет теплового движения ионов в узлах кристаллической решетки происходит увеличение

длины связи Ъх - О, следствием чего является переход иона кислорода из межузельного пространства в позицию А или В. При этом реализуется восьмерная координация с анионной вакансией [9].

Полиформизм 1г02 объясняется близостью параметров кристаллических решеток разных модификаций: а - 2г02 имеет параметры а = 0,507 нм, Ь = 0,526 нм и с = 0,530 нм; у р - Ъх02 а = 0,507 нм и с = 0,516 нм. При степени тетрагональности а/Ь = 1,018 структуры Р - и у - формы весьма близки [4].

Кубическая форма гг02 со структурой типа С<х¥2 сохраняется до плавления. Все эти превращения обратимы и проходят в интервале температур, определяемом чистотой материала и его предысторией. Температурные области прямого а —> р и обратного переходов не совпадают. Все кристаллические формы 2г02 при определенных температурах обратимо превращаются одна в другую по схеме а «-> р <->• у; при этом р у протекает с участием диффузии, а а Р бездиффузионно. Примеси снижают температуры моноклиино-тетрагонального перехода.

Таблица 1 - Температура начала а —> р и р —» а переходов моноклинных твердых растворов особочистого Zr02 (по данным УкрНИИО), ° С

Состав а —р Р —> а

гг02 1100 1023

гю2 +1% м%о 1056 930

1х02 + 1% СаО 662 937

Ъх02 + 1% У203 530 796

Полиморфные превращения сопровождаются значительными изменениями объема: при моноклинно-тетрагональном превращении - 1200 °С объем уменьшается на 6,9 - 7,7%, а при охлаждении ниже 1000 °С происходит обратный переход и объем увеличивается, что приводит к растрескиванию изделий.

Для устранения растрескивания обожженных изделий из Zr02 был найден способ, который позволил предотвратить обратный переход при охлаждении высокотемпературной тетрагональной модификации в моноклинную. Этот процесс получил название стабилизации диоксида циркония. Стабилизация Zx02 достигается перестройкой тетрагональной решетки в кубическую, устойчивую при всех температурах, благодаря образованию твердых растворов замещения иона Ъх^ ионом стабилизатора. Наибольшее применение в качестве стабилизатора получили оксиды:

N^0, СаО, У203 и др. Ионные радиусы их следующие: Са2+ - 0,104 нм, - 0,074 нм, У3+ - 0,097 нм, Ъх- 0,082 нм. Отклонение размеров ионных радиусов составляет < 13%, что удовлетворяет условию образования твердых растворов.

Кристаллическая решетка ЪхОг является в значительной степени гетерополярной (по Полингу - 59%), поэтому для получения устойчивой структуры типа флюорита гетерополярность связей добавок должна быть также высокой, например, у - 73%, У203 - 78 %. Оксиды с более низкой гетерополярностыо (№0, СиО, 7пО и др.) образуют с Zr02 смешанные кристаллы более низкой симметрии или вообще не образуют твердых растворов [9].

Введением определенных добавок можно предотвратить полиморфные превращения и сохранить при комнатной температуре и даже при более низкой температуре кубическую и тетрагональную фазу. В качестве таких добавок применяют оксиды иттрия, магния, кальция, церия, тория и др., образующие с оксидом циркония твердые растворы. Руфф и Эберт [5] сформулировали условия образования кубических твердых растворов оксида циркония с различными оксидами:

в Ионный радиус катиона добавки должен быть близок к ионному радиусу

циркония.

о Добавка должна иметь преимущественно кубическую кристаллическую решетку.

Согласно В.Я.Сухаревскому и И.И.Вишневскому, для кристаллизации Zr02 в кубической форме необходимо увеличение размеров кислородных позиций, которого можно достичь либо увеличением среднего ионного радиуса путем замещения ионов циркония ионами большого радиуса (Се4+, ТЬ4+), либо созданием вакансий в кислородной подрешетке, что происходит при замещении ионов Ъх^ ионами меньшей валентности У3+ и др.). Практически наиболее устойчивыми оказываются

твердые растворы, в которых размер примесного катиона на 10 - 20% больше иона циркония, а заряд меньше (У3+, УЬ3+ и др.).

Необходимая для получения однофазной кубической структуры концентрация добавок определяется диаграммой состояния, однако в реальных условиях большее значение имеет метод введения добавки, однородность системы и температура термообработки.

Традиционным керамическим путем получения твердых растворов на основе оксида циркония является синтез из механических смесей оксидов с последующей

высокотемпературной их термообработкой [10]. К вариантам этого способа можно отнести использование в качестве базисного порошка моноклинного оксида циркония с введением модифицирующих добавок в виде соединений и их солей. К преимуществам традиционного способа получения твердых растворов можно отнести возможность достаточно точного дозирования компонентов исходной смеси.

Керамика, полученная из стабилизированного 2Ю2 соосаждением из растворов солей циркония и добавок, выгодно отличается от керамики, полученной из механических смесей моноклинного Ъх02 и стабилизирующих добавок по газоплотности и стабильным показателям электросопротивления [10].

Диоксид циркония обладает большой химической инертностью как по отношению к кислотам (кроме Н2804 и НБ) и щелочам, так и расплавам щелочей и стекол. По огнеупорности Хх02 занимает промежуточное положение между и

А1203, но отличается более высокой химической инертностью, плохой смачиваемостью жидкими металлами. Ъх02 обладает высокой конструктивной прочностью и способностью работать при температуре горячей поверхности футеровки 2200 -2450 °С.

Механическая прочность циркониевых изделий очень высока - при комнатной температуре предел прочности при сжатии 2100 МПа, причем прочность сохраняется вплоть до 1300 - 1500 °С. Теплопроводность Ъх02 значительно ниже, чем теплопроводность всех других оксидных материалов. Эта особенность позволяет использовать 2Ю2 для высокотемпературной изоляции.

Средние значения теплопроводности (при плотности 7лОг 5,22 - 5,35 г/см3) -0,36 Вт/(м*К) - очень мало зависят от температуры. Термический коэффициент линейного расширения стабилизированного 2г02 сравнительно высок и составляет (11-11,5)-10"6 град"1 при 1500 0 С. Низкая теплопроводность и высокое значение термического коэффициента линейного расширения обуславливают низкую термостойкость. Максимальной температурой применения Ъх02 является 2300 -2500 °С.

Если к стабилизированному диоксиду циркония добавить 20 - 40% моноклинного Ъх02, обладающего более низким т.кл.р., то изделия из такой смеси при обжиге и охлаждении приобретают микротрещиноватую структуру и становятся термостойкими [4]. Моноклинная фаза обуславливает формирование микротрещиноватой структуры,

характеризующейся устойчивой сетью кольцевых хаотических расположенных микротрещин шириной от 0,05 до 0,25 мм для изделий зернистых масс с размером зерна 2-0 мм, и от 0,01 до 0,03 мм для особо плотных изделий из высокодисперсных масс. Моноклинная фаза, присутствующая в изделиях по границам зерен, не только обеспечивает формирование термостойкой структуры, но и предотвращает доспекание и уплотнение при циклическом характере службы изделий (нагревание - охлаждении).

Изделия из гЮ2 обладают очень высокой (2200 °С) температурой начала деформации под нагрузкой 0,2 ГПа.

Для объяснения эффекта повышения ударной вязкости и прочности тетрагонального оксида циркония предложено два механизма: первый основывается на механизме поглощения энергии при фазовом переходе тетрагональных частиц оксида циркония около острия развивающейся трещины [11], второй связывают с развитием и распространением микротрещин в матрице, что является результатом фазового перехода частиц оксида циркония при охлаждении обожженных материалов и поглощению энергии при распространении разветвляющейся трещины [12]. По-видимому, наиболее вероятно одновременное действие этих двух механизмов.

Механизм фазового мартенситного преобразования частиц оксида циркония. Мартенситные превращения в поле напряжений вблизи растущей трещины приводят к заметному упрочнению двухфазной керамики. Возникающая в керамике трещина, распространяясь с высокой скоростью, при входе в область высокотемпературной тетрагональной фазы оксида циркония мгновенно переводит ее в низкотемпературную (моноклинную) с увеличением объема [13], что сопровождается поглощением упругой энергии, накопленной керамикой, и прекращением распространения трещины. Для дальнейшего роста трещины необходимы дополнительные механические нагрузки, что в конечном итоге проявляется в повышении прочности и ударной вязкости материала.

Механизм упрочнения за счет микрорастрескивания. Т-М превращение может происходить не только при нагружении и разрушении керамики, но и при ее изготовлении. В этом случае также возможно повышение ударной вязкости керамики в результате рассеивания упругой энергии развивающейся трещины в образовавшихся в результате Т-М превращения микротрещинах [14]. Необходимым условием для применения этого механизма поглощения энергии является формирование в структуре материала очень мелких по размеру, равномерно распределенных трещин. Образование

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Власов, Александр Викторович, 2013 год

Библиографический список

1. Lukin, Е. S. Preparation of durable zirconia-based ceramics / Lukin E. S., Popova N. A., Zdvizhkova N. I., ct al.// Ogneupory. 1991 - No. 3. - P. 5-7.

2. Pliner, S. Y., Rutman D. S., Dabizha A. A., et al. High-strength ceramics based on tetragonal zirconia // Ogneupoiy. 1986 - No. 9. - P. 19 - 20.

3. Fletcher, L. New Mineral, from Rakwana, Ceylon / Fletcher L. // Mineralogical Magazine. - 1893 - V10. - P. 148-160.

4. Стрелов, К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов / Стрелов К. К. -М.: Металлургия, 1985. - С. 480.

5. Ruff, О. Refractory ceramics: I. The forms of zirconium dioxide./ Ruff O., Ebert F. // Z Anorg Allg Chem. - 1929. - P. 19-41.

6. Боганов, А. Г. Рентгенографическое исследование двуокисей циркония и гафния при температурах до 2750° / Боганов А. Г., Руденко В. С., Макаров JI. П. - ДАН СССР. -1965. -Т. 160.- №5. -С. 1065-1068.

7. Плинер, С. Ю. Упрочнение керамики из диоксида циркония за счет тетрагонально-моноклинного превращения / Плинер С. Ю., Дабижа А. А. // Огнеупоры. - 1986. - N3. - С. 58-62.

8. Murray, Р. / Murray P. and Allison Е. // Transactions and Journal of the British Ceramic Society - 1954 V 53.-P. 335-361

9. Стрелов, К. К. Структура и свойства огнеупоров / Стрелов К. К., - М.: Металлургия, 1982.

Ю.Беляков, А. В. Технология машиностроительной керамики / В кн.: Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов (Итоги науки и техники) т.1. -М.: ВИНИТИ, 1988. - 71с.

П.Черепанов, A.M. Высокоогнеупорные материалы и изделия из окислов. / Черепанов, A.M. Тресвятский С.Г. - М.: Металургия, - 1964. 400 - С.

12. Калинович, Д. Ф. Диоксид циркония: Свойства и применение / Калинович Д. Ф., Кузнецова JI. И., Денисенко Э. Т. // Порошковая металлургия, 1987, - N 11. - с. 98103.

13.Рутман, Д. С. Научные основы материаловедения. / Рутман Д. С., Торпов Ю. С., Полежаев Ю. М. и др. // - М.: Наука, 1981, - С. 27-38.

14. Смирнов, А. И. Конструкционная керамика. / Смирнов А. И. // Итоги науки и техники. - 1990, - N 4,. - С. 23-29.

15. Ковба, JI. М. Ренгенофазный анализ. / Ковба JI. М., Трунов В. К. // - М.: Изд-во МГУ,- 1969.-С. 158.

16. Дабижа, А. А. Упрочнение керамических материалов за счет фазового перехода оксида циркония / А. А. Дабижа, С. Ю. Плинер // Огнеупоры. - 1986. - №3. - С.59-62.

17. Калинович, Д. Ф. Диоксид циркония: Свойства и применение / Д.Ф. Калинович, Л.И. Кузнецова, Э.Т. Денисенко // Порошковая металлургия, - 1987, - N 11. - С. 98-103.

18. Геращенко, Г. В. Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов / Г.В. Геращенко, П.В. Нестеров. // - М., 1988. - 131 С. - ВИНИТИ акад. Наук СССР.

19. Evans, A. G. Structural Ceramics / A.G. Evans T.G. Langdon // Progress in Materials Science 21,- 1976,- 569.

20. Балкевич, В. JI. Техническая керамика: Учеб. Пособие для втузов. - 2е изд., перераб. и доп. / Балкевич В. JI. // - М.: Стройиздат, - 1984. - С.256.

21. Chang, R. High temperature creep and anelastic phenomena in polycrystalline refractory oxides / Chang R. // Journal of Nuclear Materials. - VI, - 1959, - P 174-181.

22. Wachtman, J.B. Plastic deformation of ceramic-oxide single crystals. / J.B. Wachtman, L.H. Maxwell // Am. Ceram. Soc.6 - 1966 - P 255.

23. Головин, Ю. И. Введение в нанотехнику. / Головин Ю.И. // - М.: Машиностроение, 2007. - С. 496.

24. Карташов, В. В. Высокопрочная керамика на основе диоксида циркония: получение и свойства / В. В. Карташов, Э. И. Денисова, А. В. Власов, Д. К. Алешин, А. А. Блиничев // Новые огнеупоры. - 2010, - № 7, - С. 19-22.

25. Карабасова, Ю. С. Новые материалы. / Ю.С. Карабасова // - М: МИСИС. - 2002.-С. 736.

26. Шевченко, В. Я. Техническая керамика. / Шевченко В.Я., Баринов С.М. // - М.: Наука. 1993.-С. 316.

27. Чернецкий, И. В. Features the introduction of additives nanopowder А120з in the production of ceramic materials based YSZ / I. V. Chernetskiy, A. V. Vlasov, V. V. Kartashov // 3rd Nanomaterials and Nanotechnology Meeting (Nano Ostrava 2013). VSB-TU Ostrava (Czech Republic) 2013. - PP-13. P.43.

28. Мармер, Э. H. Вакуумное спекание керамики из нанопорошков оксида циркония. / Э. Н. Мармер, 10. М. Балаклиенко, С. А. Новожилов, О. JI. Хасанов, Э. С. Двилис // Альтернативная энергетика и экология - №6 (50) - 2007 - С. 41-43.

29. Карташов, В. В. Наномодифицированные оксидные керамические материалы /

B. В. Карташов, А. Р. Бекетов, А. В. Власов // Химическая технология. - 2009, -№4,-С. 211-214.

30. Власов, А. В. Упрочнение корундовой керамики добавками нанопорошков / А.В.Власов, И. Р. Мухаметдинов, Э.И.Денисова, В. В. Карташов, И. В. Чернецкий // Новые огнеупоры. - 2010, - № 4, - С. 89-91.

31. Карбань, О.В. Микроструктура нанокерамики Zr02 / О.В. Карбань, O.JI. Хасанов, О.М. Канунникова // Журнал структурной химии - 2004. - Т.45. - С. 149-155.

32. Кипарисов, С. С. Карбид титана: получение, свойства, применение / Кипарисов

C.С., Левинский Ю.В., Петров А. П. // - М., - 1987.

33. Хениша, Г. Карбидокремниевые материалы. / Г. Хениша, Р. Роя // пер. с англ., -М., - 1972; Гнесин Г. Г.,М., - 1977.

34. Гаркунов, Д. Н. Триботехника (износ и безызносность) / Гаркунов Д.Н. // Учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: «Издательство МСХА», - 2001. - С. 616.

35. Зеликман, А.Н. Вольфрам. / Зеликман А.Н., Никитина JLC. // - М., «Металлургия».

- 1978.-С. 272.

36. Самсонов, Г. В. Карбид вольфрама. / Г. В. Самсонов, В. К. Витрянгак Ф. И. Чаплыгин // НАУКОВА ДУМКА. - КИЕВ - 1974. - С. 380.

37. Самсонов, Г. В. Твердые соединения тугоплавких металлов. / Самсонов Г. В., Уманский Я. С. // Металлургиздат. - М., - 1957. - С. 250.

38. Буторина, JI. Н. Кристаллография / Буторина Л. Н. // - 1960. - 5. - С. 223.

39. Самсонов, Г. В. Сплавы на основе тугоплавких соединений. / Самсонов Г. В., Портной К. И. // Оборонгиз, - М., - 1961. - С. 176.

40. Меерсон, Г. А. Фазы внедрения. / Меерсон Г. А., Уманский Я. С. // - Изв. СФХА,

- 1953.-22.-С. 105.

41. Самсонов, Г. В. Порошковая металлургия. / Самсонов Г. В., Харченко В. И., Струк Л. И И- 1968. - 3, - С. 59.

42. Шека, И. А. Химия Гафния. / Шека И. А., Карлышева К. Ф. // - Киев: Наук.думка,

- 1972.-С. 129.

43. Stevens, R. Hafnia and hafnia-toughened ccramics. / Stevens R., Li H. P. // The University of Leeds, - 1992.- P. 5397-5430.

44. Окадзаки, К. Технология керамических диэлектриков. / К. Окадзаки // Перевод с японского М.М. Богачихина, Л.Р. Зайонца «Энергия» - Москва - 1976, - С. 173174.

45. Андриевский, Р. А. Порошковое материаловедение. / Андриевский Р.А. // - М.: Металлургия, - 1991. - С. 205

46. Matthews, М. D. Rapid hot-pressing of ultrafine PSZ powders / Matthews M. D., Pechenik A. // J. Amer Ceram. Soc. - 1991. - V.74, - No. 7. - P. 1547.

47. Гаршин, А. П. Керамика для машиностроения. / А. П. Гаршин, В. М. Гропянов, Г. П. Зайцев, С. С. Семенов // - М.: - Научтехлитиздат, - 2003. - С. 384.

48. Красулин, Ю. Л. Пористая конструкционная керамика. / Ю.Л. Красулин, В.Н. Тимофеев, С.М. Баринов, А.Б. Иванов, А.Н. Ассонов, Г.Д. Шнырев // - М., «Металлургия», - 1980, - С. 100.

49. Фудзи, Т. Механика разрушения композиционных материалов. / Фудзи Т., Дзако // - М. Пер. с японск. - М.: Мир, - 1982. - С. 232.

50. Gittus, J.H. Theory of dislocation creep for a material subjected to bombardment by energetic particles role of thermal diffusion / J.H. Gittus // Philosophical Magazine, 30 -1974-P. 751.

51. Эванс, А. Г. Конструкционная керамика / Эванс А. Г., Лэнгдон Т. Г. // Пер. с англ.

- М., «Металлургия», - 1980. - С. 256.

52. Гусев, А. И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. / Гусев А. И. // - Екатеринбург: УрО РАН, - 1998. - С. 199.

53. Морохов, И. Д. Ультрадисперсные металлические среды. / Морохов И. Д., Трусов Л. И., Чижик С. П. // - М.: Атомиздат, - 1977. - С. 264.

54. Patrick, I. О. New High-Density Packings of Similarly Sized Binary Spheres. / Patrick I. O. Hudson T. S. //The journal of physical chemistry, - 2011, - P. 115.

55. Болтачев, Г. Ш. Моделирование процесса компактирования нанопорошков в рамках гранулярной динамики. / Г. Ш. Болтачев, Н. Б. Волков. // Журнал технической физики, - 2011, - том 81, - вып.7, - С. 18-29;

56. Furnas, С. С. Grading aggregates I - Mathematical relation for beds of broken solids of maximum density. / Furnas С. C. // Ind. Eng. Chem., - 1931, - vol. 23, - No. 9, - P. 1052-1058;

57. Бондарев, В. Г. Математическое моделирование случайной упаковки бинарной системы частиц. / Бондарев В. Г. // Горный информационно-аналитический бюллетень, - №6 - 1999, - С. 197-200.

58. Слоэн, Н. ДЖ. А. Упаковка шаров. / Н. ДЖ. А. Слоэн. // Scientific American, Издание на русском языке, - № 3 МАРТ, - 1984, - С. 72-82.

59. Buddenhagen, J. Multiplicity and Symmetry Breaking in (Conjectured) Densest Packings of Congruent Circles on a Sphere / J. Buddenhagen, D. A. Kottwitz, I-Iuntwick L. // San Antonio Math. Chem. 6 - 1991, - P. 325-349.

60. Власов, А. В. Моделирование бинарной системы порошок - нанопорошок /

A. В. Власов, И. В. Чернецкий, В. В. Карташов, Р. М. Кадушников,

B. В. Мизгулин, // Нанотехнология в теории и практике. Всероссийская научная Интернет-конференция с международным участием (Казань, 2013). - С. 50-53.

61. Даниленко, В. М. Энергия межслоевого взаимодействия и относительная стабильность промежуточных структур графитоподобного нитрида бора / Даниленко В. М., Курдюмов А. В., Мейке А. В. // Кристаллография, - 1981, 26, -№2, - С. 337-340.

62. Самсонов, Г. В. Неметаллические нитриды. / Самсонов Г. В. // - М., Металлургия, - 1969.-С. 265.

63. Зырянов, В. В. Механохимическая керамическая технология: возможности и перспективы. / Зырянов В. В. // Механохимический синтез в неорганической химии. - Новосибирск: Наука, - 1991. - С. 102-125.

64. Либенсон Г. А. Производство порошковых изделий / Либенсон Г. А. // - М.: Металлургия, - 1990. - С. 240.

65. Гольднггейн, М. И. Металлофизика высокопрочных сплавов / М. И. Гольдштейн,

B. С. Литвинов, Б. М. Бронфин // Учебное пособие. - М. : Металлургия, - 1986. -

C. 312.

66. Карташов, В. В. Получение нанопорошков на основе диоксида гафния и стабилизированного диоксида циркония для модифицирования керамических материалов / В. В. Карташов, Э. И. Денисова, И. В. Чернецкий, А. В. Власов, И. А. Бормотова // Наука и технологии. Тезисы докладов XXXIII Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий. Миасс: МСНТ, 2013. - С.28.

67. Клокова, Н. П. Тензодатчики для экспериментальных исследований. / Н. П. Клокова // - М.: Машиностроение, - 1972. - С. 152.

68. Ковальченко, М. С. Теоретические основы обработки пористых материалов давлением / Ковальченко М. С. // - Киев: Наук.думка, - 1980. - С. 240.

69. Ворожко, А. В. Рентгеновский фазовый анализ модификаций Zr02 и их смесей. / Ворожко А. В., Полжин П. А. // Заводская лаборатория. - 1972. - вып. 38. - № 9. -С. 389

70. Карташов, В. В. Наномодифицированные оксидные керамические материалы / В. В. Карташов, А. В. Власов, Э. И. Денисова, Д. К. Алешин // VI научно техническая конференция ОАО «ОКБ «Новатор» (24-26 марта 2008, Екатеринбург). - С. 91-92.

71. Slak, G. A. Ain single crystals /Slak G. A., McNelly T. F. // Journal of Crystal Growth, - 1977, - v.42, - P. 560-563.

72. Gupta, Т. K. Transformation-tougnened bulk tetragonal zirconia: mechanical properties dependence of composition, grain size and temperature / Gupta Т. K., Andersson C. A. // Proc. Amer. Ceram. Soc. - 1985. - V. 13. - P. 1158-1163.

73. Карташов, В. В. Упрочнение оксидциркониевой керамики добавками нанопорошков / В. В. Карташов, И. В. Чернецкий, А. В. Власов, Э. И. Денисова // Наука и технологии. Тезисы докладов XXXIII Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий. Миасс: МСНТ, 2013. - С.28.

74. Чернецкий, И. В. Упрочнение керамики на основе оксида циркония добавками нанопорошков / И. В. Чернецкий, А. В. Власов // Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии XI международная научная конференция. Сборник тезисов докладов - Ставрополь, ФГБОУ ВПО СевКавГТУ, 2012. - С. 275-276.

75. Власов, А. В. Preparation and properties study of ceramic materials under hot pressure YSZ-WC / A. V. Vlasov, I. V. Chernetskiy, V. V. Kartashov // 3rd Nanomaterials and

Nanotechnology Meeting (Nano Ostrava 2013). VSB-TU Ostrava (Czech Republic) 2013. - PP-23. P.54.

76. Чернецкий, И. В. Особенности смешения нанопорошков и порошков микронной крупности / И. В. Чернецкий, А. В. Власов, В. В. Карташов // Нанотехнология в теории и практике. Всероссийская научная Интернет-конференция с международным участием (Казань, 2013). - С. 143.

77. Власов, А. В. Технологические особенности получения наномодифицированной оксидной керамики / А. В. Власов, И. В. Чернецкий, В. В. Карташов // Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии XI международная научная конференция. Сборник тезисов докладов - Ставрополь, ФГБОУ ВПО СевКавГТУ, 2012.-С. 198-200.

78. French, R.H. / R.H. French, S.J. Glass, F.S. Ohuchi, Y.-N. Xu, W.Y. Ching. // Physics and Technology of High-k Gate Dielectrics. - 1994. - В49,- P. 5133.

79. Стрелов, К. К. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Трансформационное упрочнение огнеупорных материалов / Стрелов К.К., Сумин В.И., Плинер С.Ю. // - Свердловск: УПИ, - 1989. - С. 72.

80. Тарасевич, Ю. Ю. Поляризация: теория, приложения, алгоритмы / Тарасевич Ю. Ю. // Учебное пособие. - М.: Едиториал УРСС, 2002. - С. 112.