АО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» имени А. Г. Ромашина», Обнинск, Россия:

Е. А. Кораблева, ведущий инженер-технолог, эл. почта: korablea61@mail.ru

Д. В. Харитонов, заместитель директора Научно-производственного комплекса по производственной деятельности, докт. техн. наук

А. А. Анашкина, начальник лаборатории, канд. техн. наук

Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия:

Д. О. Лемешев, декан факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов,
канд. техн. наук, доцент

Рассмотрена возможность создания керам ики из порошковой системы на основе ZrO₂ – MgO с наноструктурой, отвечающей за термостойкость, при широком применении в контакте с расплавами металлов (спецсплавов, сталей, драгметаллов). Представлены результаты научных исследований в области создания наноструктурированных керамических материалов и проведен сравнительный анализ способов нанотехнологии, улучшающих функциональные свойства керамики на основе диоксида циркония. Выделены два пути получения наноструктуры в керамике на основе диоксида циркония: первый — применение в качестве исходных материалов нанокристаллических порошков диоксида циркония, полученных химическим способом осаждения из хлористых солей; второй — осуществление процесса спекания керамических заготовок двухстадийным способом, эффективным и технически доступным для получения материалов с контролируемым размером структурных составляющих. Экспериментально показано, что разработанный способ двухстадийного спекания заготовок тиглей из химически осажденных нанокристаллических порошков на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом магния, позволяет получать керамические материалы с наноструктурными включениями тетрагональной фазы в крупных зернах моноклинной модификации. Выявлено, что оптимальная структура — это крупные (до 25–40 мкм) зерна, находящиеся в моноклинной фазе, с наноразмерными (25–35 нм) включениями тетрагональной кристаллической фазы, с открытой пористостью в пределах 7–9 %. Установлено, что керамику с оптимальной структурой, термостойкой при нагревании до максимальной температуры 1750–1800 ^oC со скоростью 175 ^oC/мин без растрескивания, не взаимодействующую с платиновыми сплавами, можно получить при двухстадийном спекании тиглей по режиму 1700 ^oC — 1 ч, 1000 ^oC — 10 ч. Эта структура отвечает за высокую стойкость керамики при индукционном нагреве с высокими скоростями нагревания и охлаждения при плавке драгметаллов при 1750–1800 ^oC.

Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д. И. Менделеева. Номер проекта 041-2018.

1. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М. : Физмалит, 2007. С. 13–15.
2. Макаров Н. А., Харитонов Д. В., Лемешев Д. О. Физическая химия спекания : учеб. пособие. — М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2019. С. 31–45.
3. Kumagai T. Hot extrusion of nanocrystalline yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals // Journal of Materials Research. 2016. Vol. 31. Iss. 21. P. 3290–3302. DOI: 10.1557/jmr.2016.371
4. Li B., Zheng X., Fu Z. F. Fast densification of nanocrystalline yttria ceramics without grain growth // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2015. Vol. 24. Р. 14–20.
5. Вассерман И. М. Химическое осаждение из растворов. — Л. : Химия, 1980. — 207 с.
6. Aboras M. M. et al. Effect of Sintering Temperature on the Mechanical Properties of Nanostructured Ceria-Zirconia Prepared by Colloidal Process // Advanced Materials Research. 2015. Vol. 1125. P. 401–405. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1125.401
7. Reis S. L., Muccillo E. N. S. Two-Step Sintering of Samaria-Doped Ceria // Materials Science Forum. 2010. Vol. 660–661. Р. 807–812. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.660–661
8. Manosso M. K., Chinelatto A. L., Chinelatto A. S. A., Pallone E. M. D. S. A. Two-Steps Sintering of Alumina-Zirconia Ceramics // Materials Science Forum. 2010. Vol. 660–661. P. 819–825. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.660–661.819
9. Hui Huang, Bin Wei, Fu-Qiang Zhang et al. Effect of twostep sintering method on properties of zirconia ceramic // West China journal of stomatology. 2008. Vol. 26. Р. 175–178.
10. Rajeswari K., Reddy A., Rajasekhar R. et al. Microstructural control of stabilized Zirconia ceramics (8YSZ)) thro ugh modified conventional sintering methodologies // Science of Sintering. 2010. Vol. 42. Р. 91–97.
11. Wójtowicz B., Pyda W., Labuz A. Monoclinic zirconia sintered bodies prepared via two-step sintering and characterisation of selected mechanical properties // Сeramics Silikáty. 2013. 57, No. 3. P. 185–189.
12. Морозова Л. В., Калинина М. В., Панова Т. И. и др. Синтез и исследование твердых растворов на основе системы ZrO₂ – HfO₂ – Y2O₃ (CeO₂) // Физика и химия стекла. 2017. Т. 43, № 5. С. 522–530.
13. Хасанов О. Л., Двилис Э. С., Бикбаева З. Г. Методы компактирования и консолидации наноструктурных материалов и изделий. — Томск : изд-во Томского политехнического университета, 2008. С. 23.
14. Ramesh S., Lee S., Tan C. Y. A review on the hydrothermal ageing behaviour of Y–TZP ceramics // Ceramics International. 2018. Vol. 44. P. 20620–20634.
15. Glymond D., Vick M., Giuliani F., Vandiver L. Hightemperature fracture toughness of mullite with monoclinic zirconia // Journal of the American Ceramic Society. 2017. Vol. 100, No. 4. P. 1570–1577.
16. Кораблева Е. А., Русин М. Ю., Саванина Н. Н. Исследование влияния параметров термообработки на свойства керамического композиционного материала системы ZrO₂ – Al₂O₃ // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 7. С. 57–64.
17. Викулин В. В., Якушкина В. С., Кораблева Е. А., Дьяченко О. П. Исследование зависимости ионной проводимости твердых электролитов, работающих в расплавах металлов при высоких температурах (1500–1800 ^oC), от химического состава и свойств керамики // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Выпуск 10. — Калуга : Издательский дом «Полиграф-Информ», 2006. С. 59–67.
18. ГОСТ 7875.2–2018. Изделия огнеупорные. Метод определения термической стойкости на образцах. — Введ. 01.04.2019.
19. ГОСТ 2409–2014. Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглащения. — Введ. 01.09.2015.