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

М. О. Сенина, доцент кафедры химической технологии керамики и огнеупоров, канд. техн. наук, эл. почта: senina.m.o@muctr.ru
А. Р. Кетлер, магистрант кафедры химической технологии керамики и огнеупоров
Д. О. Лемешев, декан факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, доцент, канд. техн. наук
Д. Ю. Жуков, директор технологического центра «Экохимпроект», доцент, канд. техн. наук

Рассмотрены перспективы применения керамики на основе диоксида циркония в качестве термически стойкого материала в разных областях. Изучали факторы, влияющие на термостойкость конструкционной керамики на основе диоксида циркония. Заготовки получали с помощью одноосного двустороннего полусухого прессования коммерческих порошков оксидов циркония и титана. Определяли зависимость структуры и термической стойкости изготовленных материалов от концентрации стабилизирующей добавки оксида титана в модификации рутила. Показана возможность стабилизации диоксида циркония диоксидом титана без дополнительного введения классического для ZrO₂ модификатора — оксида иттрия. Исследовано формирование фаз в системе ZrO₂ – TiO₂. При увеличении концентрации добавки диоксида титана в керамике наблюдали увеличение содержания твердого раствора состава ZrTiO₄ при отсутствии свободных фаз диоксидов циркония и титана, а также повышение термической стойкости ввиду компенсации большого температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) кубической фазы диоксида циркония низким его значением для образующейся фазы титаната циркония. Изучено влияние концентрации рутила на устойчивость тетрагональной фазы диоксида циркония при комнатной температуре. В работе получена керамика с характерной микрокристаллической фрагментарной структурой, выгодной для огнеупорного материала. Установлено, что добавление оксида титана в концентрациях выше 25 % (мол.) способствует повышению термической стойкости керамики. Изделия с содержанием диоксида титана 25–31 % (мол.) выдержали три теплосмены «1200 ^oC — вода», в то время как изделие с концентрацией диоксида титана 23 % (мол.) выдержало одну теплосмену в аналогичных условиях.

Исследования проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования им. Д. И. Менделеева в рамках проекта № 075-15-2021-688.

1. Майзик М. А., Харитонов Д. В., Лемешев Д. О., Жуков Д. Ю. Керамика на основе ZrO2 для высокотемпературных применений // Черные металлы. 2020. № 10. С. 50–55.
2. Шмурадко В. Т., Пантелеенко Ф. И., Реут О. П., Руденская Н. А. и др. Техническая керамика, принципы формирования состава, структуры и свойств // Новые огнеупоры. 2019. № 4. С. 41–45.
3. Кораблева Е. А., Харитонов Д. В., Лемешев Д. О., Жукова А. И. Возможность получения термостойких структур в керамике на основе ZrO₂ // Черные металлы. 2020. № 10. С. 55–60.
4. Troitzsch U., Christy A. G., Ellis D. J. The crystal structure of disordered (Zr,Ti)O₂ solid solution including srilankite: evolution towards tetragonal ZrO₂ with increasing Zr // Physics and Chemistry of Minerals. 2005. Vol. 32, No. 5. P. 504–514.
5. Troitzsch U. TiO₂-doped zirconia: crystal structure, monoclinictetragonal phase transition, and the new tetragonal compound Zr₃TiO₈ // Journal of the American Ceramic Society. 2006. Vol. 89, No. 10. P. 3201–3210.
6. Pirzada B. M., Mir N. A., Qutub N., Mehraj O. et al. Synthesis, characterization and optimization of photocatalytic activity of TiO₂/ZrO₂ nanocomposite heterostructures // Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 193. P. 137–145.
7. Liu X., Zhang Q., Liu J., Wang T. et al. Partially stabilized tetragonal ZrO₂ whiskers with preferred [001] direction derived from CaF2 // Journal of Materiomics. 2021. Vol. 7, No. 4. P. 879–885.
8. Wang J., Sun J., Jing Q., Liu B. et al. Phase stability and thermophysical properties of ZrO₂ – CeO₂ – TiO₂ ceramics for thermal barrier coatings // Journal of the European Ceramic Society. 2018. Vol. 38, No. 7. P. 2841–2850.
9. Troitzsch U., Christy A. G., Ellis D. J. Synthesis of ordered zirconium titanate (Zr,Ti)₂O₄ from the oxides using fluxes // Journal of the American Ceramic Society. 2005. Vol. 87, No. 11. P. 2058–2063.
10. Zhang S., Li J., Cao J., Zhai H. et al. Effect of composition on sinterability, microstructure and microwave dielectric properties of Zrx r Ti 1 – xO4 (x = 0,40 – 0,60) // J. Mater. Sci. Lett. 2001. Vol. 20. P. 1409–1411.
11. Park J.-H., Liang P., Seifert H., Aldinger F. et al. Thermodynamic assessment of the ZrO₂–TiO₂ system // Kor. J. Ceram. 2001. Vol. 7. P. 11–15.
12. Kong L., Ma J., Zhu W., Tan O. Phase formation and thermal stability of (Zr_{1 – x}Ti_x)O₂ solid solution via a high-energy ball milling process // J. Alloys Comp. 2002. Vol. 335. P. 290–296.