Исследование структуры, фазового состава и механических свойств керамики на основе ZrO2
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
диоксида циркония получить спеченные изделия невозможно.
Эти полиморфные превращения можно предотвратить. Введением определенных добавок можно сохранить при комнатной и даже более низкой температуре кубическую или тетрагональную фазу. В качестве таких добавок применяют оксиды иттрия, магния, кальция или их комбинации. Подобное действие оказывают некоторые другие оксиды редкоземельных металлов. Полностью стабилизированный в кубической фазе диоксид циркония обладает низкой прочностью и вязкостью и практически не пригоден для применения в конструкционных целях, однако его используют в ряде областей техники, в основном как функциональный материал (применяют для изготовления огнеупоров). Спеченные материалы из частично стабилизированного диоксида циркония (PSZ), имеют, как правило, двухфазную структуру: матрицу из кубической фазы (с повышенным содержанием легирующих добавок), в которой находятся дисперсные выделения тетрагональной фазы (с меньшим содержанием добавок). Характер структуры можно регулировать, изменяя температуру спекания изделий и режим их охлаждения. Материал с полностью тетрагональной структурой применяется в ограниченном количестве, так как эта фаза при отсутствии сжимающих напряжений в матрице из кубической фазы склонна к дестабилизации на свободных поверхностях, особенно в присутствии водяных паров при повышенных температурах [2]. , как и другие керамические материалы, отличает высокая износостойкость, коррозионная и эрозионная стойкость, прочность (хотя последняя заметно понижается по мере роста температуры), хорошая термостойкость. Достоинствами керамических материалов на основе частично стабилизированного диоксида циркония помимо высокой прочности, трещиностойкости, коррозионной и эрозионной стойкости, высокой износостойкости являются значительная твердость, стойкость к износу, низкий коэффициент трения в сочетании с металлами, возможность получения очень высокой чистоты поверхности (Rz до 0,01 мкм). Из этой керамики изготавливаются различные нитеводители и фильеры, режущий и сверлильный инструменты для обработки металлов и древесины, медицинский инструмент, подшипники, пары трения, детали автомобилей, износостойкие изделия любого назначения, изделия с разнообразной пористостью и высокой прочностью и др. Однако он обладает гораздо более высокой вязкостью разрушения, ударной вязкостью, низкой теплопроводностью, а его коэффициент термического расширения близок к таковому для железа и стали [1], что особенно ценно при работе узлов керамика - металл и в покрытиях.
Недостатками керамики из частично стабилизированного диоксида циркония считают возможное уменьшение ее прочности в ходе длительных нагревов при температуре 250 - 350 0С, особенно в условиях повышенной влажности из-за вымывания оксида иттрия, а также снижение прочности при повышенных температурах (до 1000 0С) более чем на 60%.
Уникальные по своим свойствам керамические материалы из частично стабилизированного диоксида циркония существенно повышают качество изделий новой техники, в которых они используются. В качестве стабилизатора, помимо оксида иттрия, широко применяются оксид магния и оксид кальция.
На основе рассмотренных порошков частично стабилизированного диоксида циркония может быть изготовлена прочная пористая керамика, характеризующаяся размером пор от микрометров до миллиметров в зависимости от метода получения, которую в настоящее время широко применяют для фильтрации различных газов и жидкостей. При этом из частично стабилизированного диоксида циркония получаются материалы с пористостью около 50%, размером пор менее 1 мкм, прочностью до 200 МПа при спекании в воздушной среде при температурах 1000 - 1200 0С.
Высокая прочность и вязкость разрушения керамики на основе диоксида циркония с добавками окиси алюминия обусловлены совместным действием двух механизмов упрочнения: создании ультрадисперсной структуры в керамике с высоким содержанием тетрагональной фазы, способной претерпевать превращение в моноклинную под действием механических напряжений на острие трещины с увеличением объема последней, что приводит к ее закрытию и отклонения или ветвления трещин на включениях второй фазы (оксид алюминия)
Алюмооксидные керамики, упрочненные диоксидом циркония, получают совместным спеканием порошков Al2O3 и ZrO2 . Эта операция приводит к образованию, по-существу, изолированной тетрагональной фазы ZrO2 на стыках трех или четырех зерен. Такие частицы, поэтому будут обладать высокой угловатостью. При добавке к оксиду алюминия 16% PSZ критический коэффициент интенсивности напряжений материала повышается почти вдвое. Легирование горячепрессованного оксида алюминия 16% (по объему) ZrO2, стабилизированного в тетрагональной фазе, повышает вязкость разрушения материала на 270, а предел прочности при изгибе - на 300%.
.2 Керамика на основе ультрадисперсных порошков
Ультрадисперсные порошки (УДП), из-за уникальных свойств, которые невозможно получить традиционными способами, имеют широкий спектр применения в различных областях науки, техники и технологии.
В работах Петрунина В.Ф., Рябева Л.Д указывается на то, что компактные ультрадисперсные материалы могут быть основой, улучшающей характеристики: суперпластичных изделий из керамики, высокотвёрдых износостойких режущих и обрабатывающих материалов и др.
Порошковая металлургия является весьма эффективным и экономичным методом производства из ультрадисперсного порошка ?/p>