Кульков С.Н. Структурные превращения и микромеханическая неустойчивость в пористых керамиках на основе диоксида циркония

С.Н.Кульков, С.П.Буякова 
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томский госуниверситет
kulkov@ms.tsc.ru

В настоящее время материалы со стохастическим распределением поровой структуры привлекает большой интерес из-за их возможного широкого применения в качестве фильтров для очистки и разделения жидкостей, носителей катализатора, теплоизолирующих высокотемпературных покрытий и т.д. В настоящей работе, проводимой в рамках госконтрактов №№ 02.513.11.3109, П-254, П2115, изучено влияние морфологического строения порового пространства и механического поведения частично стабилизированного диоксида циркония. Объектами для исследований служили керамические образцы на основе ZrО2, их пористость составляла от 2 до 60 %.

Показано, что увеличение пористости приводит к уменьшению содержания тетрагональной фазы почти к 2 раза вследствие роста кристаллитов и релаксации сжимающих напряжений в высокопористых средах, стабилизирующих тетрагональную фазу.

Керамика с пористостью больше чем 20 % проявляет сложное поведение при нагружении: на зависимости показателя параболичности кривых «напряжение-деформация» от пористости обнаружено что существует некоторая критическая величина пористости, при которой деформация пористого материала кардинально изменяется, а пористая система разделяется на две подсистемы, деформирующиеся упруго и с потерей микромеханической устойчивости стержневых структур, сформированных при синтезе пористого материала их нанокристаллических порошков.

В результате этой, микромеханической неустойчивости возможна значительная макро-деформация материала без разрушения, причем прочность достигает 500 МПа при пористости равной 60%.

Показано, что существует корреляция между размерами кристаллитов, фрактальной размерностью и пористостью, связанная с переходом изолированной поровой структуры к непрерывной, а пористости 20 % соответствует первому порогу перколяции.

К списку тезисов конференции