Кульметьева В.Б. Керамические материалы на основе нанопорошков частично стабилизированного диоксида циркония

В.Б. Кульметьева
«Научный центр порошкового материаловедения»
ГОУ ВПО Пермский государственный технический университет, г. Пермь.

В Научном центре порошкового материаловедения. (НЦ ПМ) исследовательские работы, связанные с разработкой керамических материалов на основе диоксида циркония ведутся с начала 90-х годов прошлого века.

Разработан метод получения наноразмерных порошков оксидной керамики лазерным испарением мишени. При испарении мишени композиционного состава ZrO_2-5Y₂O_3-20A₁₂O₃ (масс. %) образуются порошки с частицами слоистой структуры: ядро из стабилизированного диоксида циркония, а оболочка из аморфного оксида алюминия, средний размер которых составляет от 7 до 30 нм в зависимости от условий испарения. Для получения керамики аналогичного состава исходные порошки были синтезированы методом совместного осаждения из растворов солей. Полученный порошок со средним размером частиц 32 нм и удельной поверхностью 220 м2/г при заданном химическом составе обрабатывался СО₂-лазером. Керамический материал с относительной плотностью 0,96-0,98 от теоретической при испытаниях на растяжение при 1600 °С переходил в сверхпластичное состояние с максимальным удлинением 60%. Из полученного композиционного материала были изготовлены и успешно прошли испытания опытные партии деталей конструкционного и функционального назначения, входящие в комплектность аппаратов для воздушной резки черных металлов и сплавов, установок полирования линз, двигательных установок для авиационной и космической техники, элементов авиационных измерительных приборов.
Разработана методика синтеза нанокристаллического порошка ZrО₂, стабилизированного Y₂О₃, методом совместного осаждения, для низкотемпературного спекания. Методами рентгеновской дифракции, тепловой десорбции азота и электронной микроскопии проведено изучение характеристик порошка в зависимости от условий синтеза. Показано, что применение ультразвукового воздействия в ходе синтеза, а также механохимической обработки после сушки и кальцинации позволяет снизить агломерированность порошка и уменьшить размер агломератов. На основе данных термомеханического анализа установлено, что снижение скорости нагревания до температуры изотермической выдержки при спекании позволяет уменьшить склонность керамики из нанокристаллического порошка диоксида циркония к зональному спеканию. Средний размер зерна керамики после спекания составил 210 нм, фазовый состав - 100% тетрагональный ZrО₂.

К списку тезисов конференции