Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃

Проведены исследования по применению метода электроконсолидации для получения керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и получены опытные образцы, характеризующиеся плотностью – 5,97...6,07 г/см³, пределом прочности при изгибе 700...800 МПа и микротвердостью 7,5...7,9...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2011
Main Authors:	Лобач, К.В., Саенко, С.Ю., Светличный, Е.А., Сурков, А.Е.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2011
Series:	Вопросы атомной науки и техники
Subjects:	Физика и технология конструкционных материалов
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111673
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃ / К.В. Лобач, С.Ю. Саенко, Е.А. Светличный, А.Е. Сурков // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 6. — С. 99-102. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111673
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1116732025-02-23T20:10:17Z Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃ Застусовання методу електроконсолідації для отримання кераміки на основі ZrO₂–3 % Y₂O₃ Application of method electroconsolidation for production ceramics on based ZrO₂–3 % Y₂O₃ Лобач, К.В. Саенко, С.Ю. Светличный, Е.А. Сурков, А.Е. Физика и технология конструкционных материалов Проведены исследования по применению метода электроконсолидации для получения керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и получены опытные образцы, характеризующиеся плотностью – 5,97...6,07 г/см³, пределом прочности при изгибе 700...800 МПа и микротвердостью 7,5...7,9 ГПа. Проведені дослідження щодо використання методу електроконсолідації для отримання кераміки на основі діоксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію, та отримані дослідні зразки, які характеризуються щільністю 5,97…6,07 г/см³, міцністю на вигин 700…800 МПа та мікротвердістю 7,5…7,9 ГПа. The researches of application electroconsolidation method for production of ceramics on based dioxide zirconium, stabilized oxide yttrium, are carried out and the samples are producted that have density 5,97...6,07 g/сm³, bending strength 700...800 MPа and microhardness 7,5...7,9 GPа. 2011 Article Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃ / К.В. Лобач, С.Ю. Саенко, Е.А. Светличный, А.Е. Сурков // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 6. — С. 99-102. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111673 666.762.5 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов
spellingShingle	Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов Лобач, К.В. Саенко, С.Ю. Светличный, Е.А. Сурков, А.Е. Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃ Вопросы атомной науки и техники
description	Проведены исследования по применению метода электроконсолидации для получения керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и получены опытные образцы, характеризующиеся плотностью – 5,97...6,07 г/см³, пределом прочности при изгибе 700...800 МПа и микротвердостью 7,5...7,9 ГПа.
format	Article
author	Лобач, К.В. Саенко, С.Ю. Светличный, Е.А. Сурков, А.Е.
author_facet	Лобач, К.В. Саенко, С.Ю. Светличный, Е.А. Сурков, А.Е.
author_sort	Лобач, К.В.
title	Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃
title_short	Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃
title_full	Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃
title_fullStr	Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃
title_full_unstemmed	Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃
title_sort	применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе zro₂–3 % y₂o₃
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Физика и технология конструкционных материалов
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111673
citation_txt	Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃ / К.В. Лобач, С.Ю. Саенко, Е.А. Светличный, А.Е. Сурков // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 6. — С. 99-102. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT lobačkv primeneniemetodaélektrokonsolidaciidlâpolučeniâkeramikinaosnovezro23y2o3 AT saenkosû primeneniemetodaélektrokonsolidaciidlâpolučeniâkeramikinaosnovezro23y2o3 AT svetličnyjea primeneniemetodaélektrokonsolidaciidlâpolučeniâkeramikinaosnovezro23y2o3 AT surkovae primeneniemetodaélektrokonsolidaciidlâpolučeniâkeramikinaosnovezro23y2o3 AT lobačkv zastusovannâmetoduelektrokonsolídacíídlâotrimannâkeramíkinaosnovízro23y2o3 AT saenkosû zastusovannâmetoduelektrokonsolídacíídlâotrimannâkeramíkinaosnovízro23y2o3 AT svetličnyjea zastusovannâmetoduelektrokonsolídacíídlâotrimannâkeramíkinaosnovízro23y2o3 AT surkovae zastusovannâmetoduelektrokonsolídacíídlâotrimannâkeramíkinaosnovízro23y2o3 AT lobačkv applicationofmethodelectroconsolidationforproductionceramicsonbasedzro23y2o3 AT saenkosû applicationofmethodelectroconsolidationforproductionceramicsonbasedzro23y2o3 AT svetličnyjea applicationofmethodelectroconsolidationforproductionceramicsonbasedzro23y2o3 AT surkovae applicationofmethodelectroconsolidationforproductionceramicsonbasedzro23y2o3
first_indexed	2025-11-24T23:38:34Z
last_indexed	2025-11-24T23:38:34Z
_version_	1849716914750750720
fulltext	УДК 666.762.5 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОКОНСОЛИДАЦИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ZrO2–3 % Y2O3 К.В. Лобач, С.Ю. Саенко, Е.А. Светличный, А.Е. Сурков Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина E-mail: sayenko@kipt.kharkov.ua; тел. +38(057)335-35-30 Проведены исследования по применению метода электроконсолидации для получения керамики на ос- нове диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и получены опытные образцы, характери- зующиеся плотностью – 5,97...6,07 г/см3, пределом прочности при изгибе 700...800 МПа и микротвердостью 7,5...7,9 ГПа. ВВЕДЕНИЕ В связи с необходимостью решения различных технических задач с использованием высокопроч- ных конструкционных материалов в настоящее вре- мя наблюдается интенсивное развитие новых техно- логий получения технической керамики. Одно из ведущих мест среди этих материалов занимает ок- сидная керамика на основе диоксида циркония, ста- билизированная оксидом иттрия [1,2]. Традиционно керамические материалы получают из порошковых материалов, с применением различ- ных методов формования и спекания [3]. В зависи- мости от формы и размера изделий, их назначения и заданных свойств применяют различные виды прес- сования, шликерное литье в гипсовые формы, экс- трузию через мундштук пластических масс, литье под давлением из термопластических шликеров и др. [4]. Завершающей стадией получения керамиче- ских изделий является высокотемпературный об- жиг, при котором происходит процесс спекания сформованных образцов. Этот процесс сопровожда- ется повышением плотности, а также усадкой спе- каемого тела. Кинетика спекания и конечные свой- ства спеченного тела существенно зависят как от свойств порошка, из которого сформовано изделие, так и от технологических факторов: скорости подъ- ема температуры, температуры спекания, длитель- ности выдержки при максимальной температуре [5]. В последнее время для изготовления керамик с высокими физико-механическими характеристиками применяют наноразмерные порошки и способы вы- сокоскоростного нагрева, которые позволяют опти- мизировать сочетание процессов максимального уп- лотнения и минимального роста зерна при спекании [6]. К новым методам спекания порошковых мате- риалов относятся: активированное под действием внешнего поля; скоростное горячее изостатическое прессование; электроразрядное; электроимпульсное под давлением [7-9]. Среди прогрессивных методов получения кера- мических материалов одним из перспективных яв- ляется процесс электроконсолидации. Этот способ отличается от традиционного горячего прессования способом нагрева предварительно сформованных заготовок. При горячем прессовании пресс-форма, состоящая из матрицы и пуансонов, нагревается от внешних элементов, установленных в рабочей каме- ре, и нагревает заготовку (рис. 1,a). Скорость нагре- ва при этом составляет 20...30 °С/мин [10]. а б Рис. 1. Схема горячего прессования (а) и метода электроконсолидации (б) При электроконсолидации нагрев осуще- ствляется прямым пропусканием электрического тока через графитовую упругосжимаемую среду, в которую помещены одна или несколько заготовок (см. рис. 1,б). Назначение этой среды – передача давления, создаваемого пуансонами, и обеспечение нагрева заготовок за счет тепла, выделяемого при прохождении тока. При этом скорость нагрева заго- товок может достигать 150...200 °С/мин. Таким об- разом, этот процесс позволяет осуществить квазии- зостатическое горячее прессование порош-ковых композиций за минимально короткие сроки с необ- ходимой изотермической выдержкой при макси- мальной температуре до 3000 °С. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2011. №6. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (19), с. 99-102. 99 В ННЦ ХФТИ разработана, изготовлена и запу- щена в эксплуатацию пилотная установка для реали- зации процесса электроконсолидации [11]. Установка обеспечивает возможность осуществления техноло- гического процесса спекания порошковых материа- лов разного состава как в среде инертных газов, так и в вакууме. Целью данной работы является изучение воз- можности применения метода электро- консолидации для получения керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В качестве исходного материала использовали нанодисперсный порошок на основе диоксида цир- кония, стабилизированного 3 мол.% Y2O3, марки PSZ-5.2Y производства компании "Stanford Materials Corporation" (США). Исходные образцы в виде цилиндров формовали методом одностороннего осевого холодного прессо- вания под давлением 130 МПа. После формования образцы спекали в установке электроконсолидации со следующими параметрами процесса: скорость нагрева – 100 °С/мин, температура прессования − 1450 °С, давление – 40 МПа. Эксперименты проводили при разной выдержке температуры прессования. Продолжительность пер- вого эксперимента составляла 15, второго – 30, а третьего − 45 мин. Для контроля температуры использовались мет- ки плавления из меди, нержавеющей стали Х18Н10Т и никеля. Контроль за ними осуществляли рентгенографи- ческим способом (рис. 2), опреде-ляющим начало их плавления, и согласовывали с измерениями термо- пары, установленной с внешней стороны пресс- формы. Открытую пористость и плотность образцов оп- ределяли в соответствии с ГОСТ 2409-95 гидроста- тическим взвешиванием. Полученные образцы ZrO2–3% Y2O3 исследо- вали сканирующим электронным микроскопом JESM-840. Рентгенодифрактометрическая съемка проводи- лась на дифрактометре ДРОН-3 в излучении медного анода, для ослабления Кβ-составляющей применяли никелевый селективный фильтр. Съемку проводили на отражение с фокусировкой по Бергу−Брентано. Физико-механические свойства полученных ке- рамических материалов определяли методом испы- таний образцов на диаметральное сжатие. Испыта- ния проводили на разрывной машине Р-10. Расчет значений величин предела прочности на диаметральное сжатие (σд. сж.) и предела прочности на изгиб (σизг) производили по формулам: σд. сж. = 2 F/πhD (1) σизг= 2,2 σд. сж., (2) где F – усилие разрушения, кг; h – высота образца, см; D – среднее значение диаметра, см. Микротвердость образцов определяли на мик- ротвердомере ПМТ-3 вдавливанием алмазных на- конечников. а б в г Рис. 2. Рентгенографический способ определения температуры: а – начало эксперимента; б – момент плавления медной метки; в – момент плавления стальной метки; г – момент плавления никелевой метки, температура 1453 °С, время выдержки 15 мин РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Проведенные электронно-микроскопические ис- следования исходного материала (рис. 3) показали, что нанодисперсный порошок состоит как из плот- ных агрегатов с шероховатой поверхностью разме- ром от 0,4 до 1,2 мкм в среднем, так и рыхлообраз- ных агрегатов, состоящих из мельчайших частичек, а также из таких же, но свободных изометричных частичек размером 0,004...0,02 мкм. После предварительного формования исходных образцов методом одностороннего осевого прессо- вания плотность образцов составила 2,50...2,60 г/см3. В результате проведенных исследований уста- новлено, что плотность образцов после термообра- ботки с временем выдержки 15 мин при температуре 1450 °С составляет 5,93...5,97 г/см3, а после термо- обработки с временем выдержки 30 мин − 6,00...6,07 г/см3. Дальнейшее увеличение времени выдержки до 45 мин не приводит к существенному повышению плотности образцов, следовательно, термообработка с временем выдержки 30 мин является оптимальной. Проведенными исследованиями установлено, что предел прочности при изгибе образцов составляет 700...800 МПа, предел прочности на диаметральное сжатие – 300...370 МПа, микротвердость опытных образцов – 7,5...7,9 ГПа. сталь Х18Н10Т Cu Ni ZrO2 (Y2O3) 100 Рис. 3. Наноразмерный порошок состава ZrO2–3 % Y2O3 марки PSZ-5.2Y Электронно-микроскопическими исследовани- ями показано, что керамика представляет собой весьма равномерно-зернистую мелкодисперсную структуру, состоящую из зерен размером 0,3...2,2 мкм с преобладающим размером 1,5 мкм (рис. 4). Рис. 4. Структура образца ZrO2–3 % Y2O3, полученного при температуре 1450 0С и давлении 40 МПа Рентгеноструктурным анализом установлен идентичный фазовый состав образцов с различной временной выдержкой. В образцах присутствуют две модификации диоксида циркония: моноклинная – в количестве 13,3 вес.% и тетрагональная – 81,8 вес.%, а также установлено наличие чистого графита (рис. 5). На рентгенограмме помечены линии, соответст- вующие графиту (G), моноклинному ZrO2 (m-ZrO2) и тетрагональному ZrO2 (t-ZrO2). Присутствие гра- фита в образцах существенно не влияет на их свой- ства, что определяет возможность получения образ- цов диоксида циркония, стабилизированных окси- дом иттрия с высокими физико-механическими свойствами на установке электроконсолидации. Рис. 5. Рентгенограмма керамических образцов, полученных по технологии электроконсолидации ВЫВОДЫ В результате проведенных исследований по при- менению метода электроконсолидации для получе- ния керамики на основе диоксида циркония, стаби- лизированного оксидом иттрия, получены опытные образцы, характеризующиеся кажущейся плотно- стью – 5,97...6,07 г/см3, пределом прочности при изгибе – 700...800 МПа, пределом прочности при сжатии – 300...370 МПа и микротвердостью – 7,5...7,9 ГПа. Полученные образцы диоксида циркония, стаби- лизированные оксидом иттрия, являются перспек- тивными для применения в различных сферах науки и техники. Исследования следует продолжить в на- правлении изучения возможности получения конст- рукционной керамики на основе других оксидных и неоксидных материалов (карбидов, боридов и др.). ЛИТЕРАТУРА 1. R.H.J. Hannink, P.M. Kelly, B.C. Muddle. Trans- formation toughening in zirconia - containing ce- ramics // J .Amer. Ceram. Soc. 2000, v. 83, № 3, p. 461-87. 2. А.Г. Караулов, Е.Б. Процак, Э.Л. Карякина. Влияние некоторых технологических факторов на свойства керамики из частично стабилизиро- ванного диоксида циркония // Зб. наук. пр. ВАТ «УкрНДІВ ім. А.С. Бережного». Харьков: Кара- велла, 2002, c. 53-56. 3. И.Ю. Прохоров, Г.Я. Акимов, В.М. Тимченко. Холодное изостатическое прессование как спо- соб получения высокопрочных керамических ма- териалов на основе ZrO2 // Огнеупоры и техниче- ская керамика. 1997, №8, с. 12-17. 4. Є.О. Світличний. Корундова кераміка, модифіко- вана діоксидом цирконію, з підвищеними міцніс- тю та термостійкістю // Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Харків: Національний технічний уні- верситет «Харківський політехнічний Інститут». 2006, 20 с. 5. К.К. Стрелов. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. М.: «Металлургия», 1985, 480 с. 6. В.И. Алексеенко, И.А. Даниленко, Т.Е. Констан- тинова. Технология получения нанокристалличе- ских порошков на основе диоксида циркония // Тез. докл. Междунар. конференции «Передовая 1мкм И нт ен си вн ос ть 2Θ 101 керамика − третьему тысячелетию». Киев, Ук- раина, 5-9 ноября 2001, с. 84. 7. J. Zhang, A. Zavaliangos. Field activated sintering techniques: a comparison and contrast // P/M Sci- ence & Technology Briefs. 2003, v. 5, №3, p. 17-21. 8. А.И. Райченко. Основы процесса спекания по- рошков пропусканием электрического тока // М.: «Металлургия», 1987, с.128. 9. С.А. Баланкин, Л.П. Горбачев, Е.Г. Григорьев. Тепловые процессы при электроимпульсном прессовании порошков // Физика и химия обра- ботки материалов. 1984, №2, с. 124-129. 10. Brian D. Merkle, Joshua M. Borton, and W.M. Goldberger: Development of the electrocon- solidation® process // PMTEC – 2000 International Conference on Powder Metallurgy & Particulate Materials. May 30 − June 3, New York City. New York, 2000. 11. htpp: //www.stcu.int. Статья поступила в редакцию 07.09.2011 ЗАСТУСОВАННЯ МЕТОДУ ЕЛЕКТРОКОНСОЛІДАЦІЇ ДЛЯ ОТРИМАННЯ КЕРАМІКИ НА ОСНОВІ ZrO –3 %Y O2 2 3 К.В. Лобач, С.Ю. Саєнко, Є.О. Світличний, О.Є. Сурков Проведені дослідження щодо використання методу електроконсолідації для отримання кераміки на ос- нові діоксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію, та отримані дослідні зразки, які характеризуються щільністю 5,97…6,07 г/см3, міцністю на вигин 700…800 МПа та мікротвердістю 7,5…7,9 ГПа. APPLICATION OF METHOD ELECTROCONSOLIDATION FOR PRODUCTION CE- RAMICS ON BASED ZrO –3 %Y O2 2 3 K.V. Lobach, S.Yu. Sayenko, Y.O. Svitlychniy, O.Y. Surkov The researches of application electroconsolidation method for production of ceramics on based dioxide zirco- nium, stabilized oxide yttrium, are carried out and the samples are producted that have density 5,97...6,07 g/сm3, bending strength 700...800 MPа and microhardness 7,5...7,9 GPа. 102

Применение метода электроконсолидации для получения керамики на основе ZrO₂–3 % Y₂O₃

Institution

Similar Items