Исследовано влияние диоксида церия (в количестве от 0 до 3,56 масс. %) и метода спекания (свободное спекание на воздухе, горячее прессование в аргоне) на фазовый состав, микроструктуру и свойства алюмоциркониевой керамики, содержащей 50 масс. % ZrO2. Установлено, что метод спекания определяет реализацию двойственной роли CeO2. Горячее прессование способствует восстановлению Ce4+ до Ce3+ и формированию пластинчатого гексаалюмината церия CeAl11O18, выявленного методами рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализа. Свободное спекание приводит к стабилизации кубической фазы ZrO2 (c-ZrO2). Горячее прессование обеспечило высокую относительную плотность (>99 % от теоретической) и практически нулевую открытую пористость, тогда как при свободном спекании пористость достигала 5 %. Твердость снижается с ростом содержания CeO2 при спекании материалов обоими методами. Трещиностойкость при свободном спекании в значительной степени определяется пористостью материала. При горячем прессовании критический коэффициент интенсивности напряжений возрастает с увеличением содержания CeO2 и, соответственно, CeAl11O18, достигая 7,5 ± 0,2 МПа·м1/2. Это демонстрирует эффективность CeAl11O18 как упрочняющей фазы. Показано, что горячее прессование является предпочтительным методом для получения алюмоциркониевой керамики Al2O3–ZrO2, в исходную смесь которой вводили CeO2.
Нина Юрьевна Черкасова – кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), Новосибирск, Россия
Руслан Изатович Кузьмин – кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения в машиностроении, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), Новосибирск, Россия
Кристина Александровна Антропова – младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), Новосибирск, Россия
Дмитрий Викторович Дик – младший научный сотрудник, Институт теоретической и прикладной механики им С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия
Наталья Сергеевна Александрова – младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), Новосибирск, Россия
Игорь Евгеньевич Насенник – младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), Новосибирск, Россия; Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия
Роман Рафаэлович Хабиров – младший научный сотрудник центра технологического превосходства, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), Новосибирск, Россия
1. Alves M. F. R. P., Levaro N. R., Faria M. S., et al. Direct ink writing of ATZ composites toughened with in-situ grown strontium hexaluminate platelets // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2025. V. 194. P. 108906.
2. Babaev A., Savchenko N. L., Kozlov V. N., et al. Performance of Y–TZP–Al2O3 composite ceramics in dry high-speed turning of thermally hardened steel 0.4 C-Cr (AISI 5135) // Metal Working and Material Science. 2025. V. 27, No. 2. P. 159 – 173.
3. Abbas H. A., Hammad F. F., Mohamed A. K., et al. Structural properties of zirconia doped with some oxides // Diffusion-Fundamentals. 2008. V. 8. P. 7.1 – 7.8.
4. Podzorova L. I., Shvorneva L. I., Il’Icheva A. A., et al. Microstructure and phase composition of ZrO2–CeO2–Al2O3 materials modified with MgO and Y2O3 // Inorganic Materials. 2013. V. 49, No. 4. P. 376 – 381.
5. Nettleship I., Stevens R. Tetragonal zirconia polycrystal (TZP) – a review // Internat High Technology Ceramics. 1987. V. 3. P. 1 – 32.
6. Theunissen G. S. A. M., Winnubst A. J. A., Burggraaf A. J. Effect of dopants on the sintering behaviour and stability of tetragonal zirconia ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 1992. V. 9, No. 4. P. 251 – 263.
7. Промахов В., Буякова С., Кульков С. Структурные и фазовые превращения в керамике на основе ZrO2 при термических воздействиях // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8, № 4. С. 11 – 16.
8. Liu L., Maeda K., Onda T., et al. Microstructure and improved mechanical properties of Al2O3/Ba–?–Al2O3/ZrO2 composites with YSZ addition // Journal of the European Ceramic Society. Elsevier, 2018. V. 38, No. 15. P. 5113 – 5121.
9. Li J., Medina E. A., Stalick J. K., et al. Structural studies of CaAl12O19, SrAl12O19, La2/3+? Al12–?O19, and CaAl10NiTiO19 with the hibonite structure; indications of an unusual type of ferroelectricity // Zeitschrift f?r Naturforschung B. 2016. V. 71, No. 5. P. 475 – 484.
10. Iyi N., Takekawa S., Kimura S. Crystal chemistry of hexaaluminates: ?-alumina and magnetoplumbite structures // Journal of Solid State Chemistry. Academic Press, 1989. V. 83, No. 1. P. 8 – 19.
11. Akin I., Yilmaz E., Sahin F., et al. Effect of CeO2 addition on densification and microstructure of Al2O3–YSZ composites // Ceramics International. 2011. V. 37, No. 8. P. 3273 – 3280.
12. Shi S., Cho S., Goto T., et al. Role of CeAl11O18 in reinforcing Al2O3 /Ti composites by adding CeO2 // International Journal of Applied Ceramic Technology. 2021. V. 18, No.1. P. 170 – 181.
13. Liu M., Wang Z., Luan X., et al. Effects of CeO2 and Y2O3 on the interfacial diffusion of Ti/Al2O3 composites // Journal of Alloys and Compounds. 2016. V. 656. P. 929 – 935.
14. Niihara K., Morena R., Hasselman D. P. H. Evaluation of KIc of brittle solids by the indentation method with low crack-to-indent ratios // Journal of Materials Science Letters. Kluwer Academic Publishers, 1982. V. 1, No. 1. P. 13 – 16.
15. Zhang F., Chen C. H., Hanson J. C., et al. Phases in ceria–zirconia binary oxide (1?x)CeO2–x ZrO2 Nanoparticles: The effect of particle size // Journal of the American Ceramic Society. 2006. V. 89, No. 3. P. 1028 – 1036.
16. Agarkov D. A., Borik M. A., Korableva G. M., et al. Effect of ceria on the properties of yttria-stabilized zirconia-based electrolytic membranes // Journal of Solid State Electrochemistry. 2024. V. 28, No. 6. P. 1901 – 1908.
17. Ban S., Yasuoka Y., Sugiyama T., et al. Translucent and highly toughened zirconia suitable for dental restorations // Prosthesis. 2023. V. 5, No. 1. P. 60 – 72.
18. Tian M., Wang X. D., Zhang T. Hexaaluminates: a review of the structure, synthesis and catalytic performance // Catalysis Science & Technology. 2016. V. 6, No. 7. P. 1984 – 2004.
19. Negahdari Z., Willert-Porada M., Pfeiffer C. Mechanical properties of dense to porous alumina/lanthanum hexaaluminate composite ceramics // Materials Science and Engineering: A. 2010. V. 527, No. 12. P. 3005 – 3009.
20. Antropova K., Cherkasova N., Dik D., et al. Comparison of hot-pressed alumina-zirconia ceramics toughened with lanthanum and cerium hexaaluminates // Materials Characterization. 2025. V. 222. P. 114805.
21. Cherkasova N., Antropova K., Kuzmin R., et al. Features of calcium hexaaluminate formation in alumina-zirconia ceramics // Chimica Techno Acta. 2023. V. 10, No. 3. P. 202310317.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
700 руб
DOI: 10.14489/glc.2026.04.pp.039-048
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
