Свойства инструментальной керамики с добавками ультрадисперсных оксидов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
Рис. 3.5 - Микроструктура образца, полученного из ультрадисперсных Al2O3+10%ZrO2 без обработки
Рис. 3.6 - Микроструктура образца, полученного из подготовленных ультрадисперсных Al2O3+10% ZrO2
В связи с этим дополнительная термообработка порошков не способствует увеличению плотности керамики и в дальнейшем - не проводилась.
а)
б)
Рис. 3.7 - Микроструктура образцов: а) СТ 3000 SG; б) СТ 3000 SG++10%ZrO2(ультрадисперсного
Структуры полученных образцов из порошков CT 3000SG и CT 3000SG+10%ZrO2(ультрадисперсного) представлены на рис. 3.7. Наличие крупных частиц в исходном порошке (>2 мкм) приводит к увеличению размера зерна до 5 мкм и выше, что ведет к снижению механических свойств полученной керамики. Структура керамики с диоксидом циркония (рис. 3.7 б) характеризуется более равномерной структурой с величиной зерна 1,5-2 мкм. Это обусловлено тем, что взаимной растворимости у оксидов алюминия и циркония нет, поэтому они являются барьером для роста зерен обоих компонентов в процессе спекания. Состав 22 ХС используется в инструментальной и электротехнической промышленностях. Спекание этого состава осуществляется при температуре 1600-1650С в присутствии жидкой фазы по четырехстадийной технологии.
Керамика, полученная по четырехстадийной технологии, имеет высокую плотность, с незначительным количеством остаточной стеклофазы и величиной зерен до 7-8 мкм, что ведет к снижению механических свойств. В нашей работе, за счет введения ультрадисперсных порошков в состав 22 ХС, была получена керамика по двухстадийной технологии, с понижением температуры спекания до полной плотности на 100-130С. Микроструктура полученной керамики представлена на рис. 3.8. Из рис. 3.8 видно, что полученные зерна представлены преимущественно двумя размерами - 5-8 мкм и 1-2 мкм.
Рис 3.8 - Микроструктура корундового образца состава 22ХС
Механические свойства полученной керамики определяли методом испытаний на диаметральное сжатие. Механические испытания проводили на составах № 1, 2, 3, полученные данные представлены на рис. 3.9.
Рис. 3.9 - Диаграмма значений предела прочности при изгибе корундовых образцов различных составов:
1.CT 3000 SG+10%ZrO2(ультрадисперсного);
2.CT 3000 SG;
.Ультрадисперсные Al2O3+10% ZrO2.
Анализ приведенных на рис. 3.9 данных свидетельствует о том, что образцы керамики на основе глинозема СТ 3000 SG с добавкой диоксида циркония, обладают повышенной прочностью при изгибе (?изг.=400 МПа) по сравнению с керамикой полученной из чистого глинозема СТ 3000 SG (?изг.=230 МПа). При этом относительная плотность образцов составляла 99,5-99,9%. Эффект повышения прочностных характеристик с введением диоксида циркония объясняется формированием микротрещиноватой структуры в матрице при спекании керамики, что является результатом тетрагонально-моноклинного перехода частиц ZrO2 при охлаждении обожженных материалов и поглощением энергии при распространении разветвляющейся трещины. Второй причиной повышения прочности на изгиб предположительно наличие остаточной микропористости. Микропоры являются эффективными поглотителями развивающихся трещин. Показатели предела прочности при изгибе корундовых образцов, полученных из ультрадисперсных Al2O3+10%ZrO2, имели близкие значения прочности при изгибе ?изг.=260 МПа, несмотря на низкую относительную плотность полученных образцов(79%). Рассчитанная по формуле (3.1) прочность образцов имеющих теоретическую плотность составляет от 600 до 1050 МПа, что предопределяет перспективность дальнейших исследований в данном направлении.
?= ?0exp(-nP);(3.1)
где n - постоянная, величина которая меняется от 4 до 7;
Р - объемная доля пор.
Выводы
1.Введение добавок ультрадисперсных порошков в состав Al2O3-2% MnO-2,5% SiO2-0,5% Cr2O3 приводит в снижению температуры спекания керамики до 1500-1550С, что на 100-130С ниже температуры спекания промышленных порошков такого же состава. Это может быть связано с тем, что увеличения площади контакта компонентов смеси ускоряет процесс образования жидкой фазы.
2.Частичная деагломерация ультрадисперсных порошков, достигаемая их механической обработкой в шаровой мельнице, приемлема для требуемого увеличения начальной и конечной плотности керамики. Однако для полной деагломерации порошков необходимо применять более интенсивные методы измельчения.
.Добавка диоксида циркония в глинозем марки СТ 3000 SG повышает его прочность на изгиб. Это повышение связано с формированием микротрещиноватой структуры и остаточной микропористостью. Эти элементы структуры являются ловушками для развивающихся трещин в процессе нагружения.
.Из ультрадисперсных порошков Al2O3 и ZrO2 получена керамика с прочностью ?изг.=260 МПа при пористости 21%. При этом рассчитанная нами прочность при теоретической плотности составляет от 600 до 1050 МПа, что предопределяет перспективность дальнейших исследований в данном направлении.
Список литературы
1.Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986.
2.Троицкий В.И., Гуров В.С., Берестенко В.И. // Химия высоких энергий. 1979. Т. 13, №3. С. 267.
.Благовещенский Ю.В., Панфилов С.А, Струйно-плазменные процессы для порошковой металлургии // Электрометаллургия, 1999. №3. С.33-41.
.Ларин В.К., Кондаков В.М., Малый Е.Н., Матюха В.А., Дедов Н.В., Кутявин Э.М., Сенников Ю.Н., Степанов И.А., Иванов Ю.Ф. Плазмохимический способ получения ультрадисперсных (нано-) порошков оксидов металлов и перспективные направления их применени