Определены физико-механические характеристики керамических материалов составов (мол. %) 97ZrO2–3Sm2O3 и 94ZrO2–6Sm2O3, полученных из исходных наноразмерных порошков. Показано, что в керамических материалах формируется двухфазный состав, включающий тетрагональную и кубическую формы твердых растворов на основе ZrO2. Установлено, что количество Sm2O3 оказывает влияние на соотношение формируемых фаз и, соответственно, влияет на зерновой состав микроструктуры и характеристики керамических материалов. Определено, что увеличение содержания фазы твердого раствора тетрагональной формы ZrO2 с 46 до 85 об. % обусловливает повышение прочности керамического материала от 600 до 850 МПа и трещиностойкости по параметру K1с от 8,0 до 10,5 МПа·м?.
Людмила Ивановна Подзорова – канд. хим. наук, доцент, вед. науч. сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Владимир Петрович Сиротинкин – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Александр Сергеевич Баикин – канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Алла Александровна Ильичева – ст. науч. сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Нина Александровна Михайлина – науч. сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Егор Степанович Мороков – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник, Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН, Москва, Россия
Ольга Ивановна Пенькова – науч. сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Татьяна Равильевна Чуева – канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
1. Гаршин А. П., Гропянов В. М., Зайцев Г. П. и др. Керамика для машиностроения. М.: Научтехлитиздат, 2003. 380 с.
2. Patil N. A., Kandasubramanian B. Biological and mechanical enhancement of zirconium dioxide for medical applications // Ceram. Internat. 2019. V. 46. P. 4041 – 4057. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.10.220
3. Федоров П. П., Яроцкая Е. Г. Диоксид циркония. Обзор // Конденсированные среды и межфазные границы. 2021. Т. 23, № 2. C. 169 – 187. URL: https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3427
4. 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 // Amer. Ceram. Soc. 2019. V. 103, Is. 3. P. 1482 – 1513. URL: https://doi.org/10.1111/jace.16903
5. Mamivand M., Zaeem M. A., Kadiri H. E., et al. Phase field modeling of the tetragonal-to-monoclinic phase transformation in zirconia // Acta Materialia. 2013. V. 61, Is. 14. Р. 5223 – 5235. DOI: 10.1016/j.actamat.2013.05.015
6. Wei X., Hou G., An Y., et al. Effect of doping CeO2 and Sc2O3 on structure, thermal properties and sintering resistance of YSZ // Ceram. Internat. 2021. V. 47, Is. 5. P. 6875 – 6883. URL: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.11.032
7. Bobzin K., Zhao L., ?te M., et al. A highly porous thermal barrier coating based on Gd2O3–Yb2O3 co-doped YSZ // Surface and Coatings Technol. 2019. 366. P. 349 – 354. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.03.064
8. Ломонова Е. Е., Агарков Д. А., Борик М. А. и др. Твердые электролиты ZrO2–Sc2O3, легированные оксидами Yb2O3 или Y2O3 // Электрохимия. 2020. Т. 56, № 2. С. 127 – 132. DOI: 10.31857/S0424857020020085
9. Borik M., Gerasimov M., Lomonova E., et al. Mechanical properties and transformation hardening mechanism in yttria, ceria, neodymia and ytterbia co-doped zirconia based solid solutions // Mater. Chemistry and Physics. 2019. V. 232. P. 28 – 33. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.04.047
10.Диаграммы состояния систем тугоплавких оксидов / отв. ред. Ф. Я. Галахов; Спр., вып. 5. Двойные системы. Ч. 1. Л.: Наука, 1985. 284 с.
11. Andrievskaya E. R., Lopato L. M. Influence of composition on the T?M transformation in the systems ZrO2–Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu) // Journal of Materials Science. 1995. V. 30, No. 10. P. 2591 – 2596.
12. Katamura J., Seki T., Sakuma T. The cubic-tetragonal phase equilibria in the ZrO2–R2O3 (R = Y, Gd, Sm, Nd) systems // JPE. 1995. V. 16. Р. 315 – 319. URL: https://doi.org/10.1007/BF02645287
13.Wang C., Zinkevich M., Aldinger F. Experimental investigation and thermodynamic modeling of the ZrO2–SmO1.5 system // Journal of the American Ceramic Society. 2007. V. 90, No. 7. P. 2210 – 2219. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2007.01692.x
14. Fabrichnaya O. Н, Seifert J. Assessment of thermodynamic functions in the ZrO2–Sm2O3–Al2O3 system // J. Alloys and Compounds. 2009. V. 475, Is. 1–2. P. 86 – 95. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.07.037
15. Borik M. A., Kulebyakin A. V., Lomonova E. E., et al. Effect of heat treatment on the structure and mechanical properties of zirconia crystals partially stabilized with samarium oxide // Modern Electronic Materials. 2023. V. 9, Is. 3. P. 123 – 131. URL: https://doi.org/10.3897/j.moem.9.3.115614
16. Панова Т. И., Савченко Е. П., Рощина Е. и др. Сравнительная оценка методов получения частично стабилизированного диоксида циркония // Ж. прикладной химии. 1990. Т. 63, № 1. С. 100 – 105.
17. Kraus W., Nolze G. POWDER CELL – a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns // J. Appl. Cryst. 1996. V. 29, No. 301. DOI: 10.1107/S002188989501492
18. Gra?ulis S., Da?kevi? A., Merkys A., et al. Crystallography open database (COD): an open-access collection of crystal structures and platform for world-wide collaboration. Nucleic Acids Res. 2012 Jan; 40 (Database issue): D420-7. DOI: 10.1093/nar/gkr900. Epub 2011. Nov. 8. PMID: 22070882; PMCID: PMC3245043.
19. Morokov E. S., Demina V. A., Sedush N. G., et al. Noninvasive high-frequency acoustic microscopy for 3D visualization of microstructure and estimation of elastic properties during hydrolytic degradation of lactide and ?-caprolactone polymers // Acta Biomaterialia. 2020. V. 109. P. 61 – 72. URL: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.04.011
20. Петрунин В. Ф., Попов В. В., Чжу Х. и др. Синтез нанокристаллических высокотемпературных фаз диоксида циркония // Неорган. матер. 2004. Т. 40, № 3. С. 303 – 311.
21. Вест А. Р. Химия твердого тела. Теория и приложения. в 2 т. / пер. с англ.; под ред. Ю. Д. Третьякова. М.: Мир,1988. 555 с.
22. Шевченко В. Я., Баринов С. М. Техническая керамика. М.: Наука, 1993. 187 с.
23. Горелов В. П. Высокотемпературные фазовые переходы в ZrO2 // Физика твердого тела. 2019. Т. 61, № 7. С. 1346 – 1351. DOI: 10.21883/FTT.2019.07.47849.383
24. Бакунов В. С., Беляков А. В., Лукин Е. С. и др. Оксидная керамика: спекание и ползучесть. М.: Изд-во РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2007. 584 с.
25. Третьяков Ю. Д., Путляев В. И. Введение в химию твердофазных материалов. М.: МГУ; Наука, 2006. 399 с.
26. Баринов С. М., Шевченко В. Я. Прочность технической керамики. М.: Наука, 1996. 159 с.
27. Cheng J., Tian C., Yang J., et al. Electrical and mechanical properties of Sm2O3 doped Y-TZP electrolyte ceramics // Ceram. Intern. 2018. V. 44, Is. 14. P. 17033 – 17037. URL: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.06.146
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
700
DOI: 10.14489/glc.2025.02.pp.020-026
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
