Кристина Александровна Антропова – мл. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов
Россия, 630073, г. Новосибирск, пр-т Карла Маркса, 20
Kristina A. Antropova – Junior Researcher, Research Laboratory of Physical and Chemical Technologies and Functional Materials
20 Karl Marks Prosp., Novosibirsk 630073, Russia
Нина Юрьевна Черкасова – к.т.н., ст. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов
Россия, 630073, г. Новосибирск, пр-т Карла Маркса, 20
Nina Yu. Cherkasova – Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Research Laboratory of Physical and Chemical Technologies and Functional Materials
20 Karl Marks Prosp., Novosibirsk 630073, Russia
Наталья Сергеевна Александрова – мл. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории физико-химических технологий и функциональных материалов
Россия, 630073, г. Новосибирск, пр-т Карла Маркса, 20
Natalya S. Aleksandrova – Junior Researcher, Research Laboratory of Physical and Chemical Technologies and Functional Materials
20 Karl Marks Prosp., Novosibirsk 630073, Russia
Роман Рафаэлович Хабиров – мл. науч. сотрудник Центра технологического превосходства
Россия, 630073, г. Новосибирск, пр-т Карла Маркса, 20
Roman R. Khabirov – Junior Researcher, Center for Technological Excellence
20 Karl Marks Prosp., Novosibirsk 630073, Russia
Александр Андреевич Миллер – магистрант кафедры материаловедения в машиностроении
Россия, 630073, г. Новосибирск, пр-т Карла Маркса, 20
Aleksandr A. Miller – Master’s Student, Department of Materials Science in Mechanical Engineering
20 Karl Marks Prosp., Novosibirsk 630073, Russia
Михаил Юрьевич Агафонов – магистрант кафедры материаловедения в машиностроении
Россия, 630073, г. Новосибирск, пр-т Карла Маркса, 20
Mikhail Yu. Agafonov – Master’s Student, Department of Materials Science in Mechanical Engineering
20 Karl Marks Prosp., Novosibirsk 630073, Russia
Композиционная керамика на основе оксида алюминия, содержащая гексаалюминат бария, является перспективной для применения в различных областях промышленности, в том числе для изготовления сменных режущих пластин. Работ, в которых отмеченные материалы получены электроискровым спеканием, практически не наблюдается. Целью данного исследования являлась оценка влияния температуры электроискрового спекания на структуру и свойства керамики на основе оксида алюминия, содержащей гексаалюминат бария. Исследуемые материалы получены из высокодисперсных порошков оксида алюминия и оксида бария путем совместного диспергирования спиртовых суспензий, их сушки и последующего электроискрового спекания при температурах (tс ) 1500, 1550 и 1600 °С. Проводили рентгенофазовый анализ, исследования структуры методом растровой электронной микроскопии, оценку кажущейся плотности и открытой пористости методом гидростатического взвешивания. Оценивали твердость по Виккерсу и трещиностойкость методом индентирования. Зафиксировано формирование фаз α-Al2O3 и Ba0,83Al11О17,33 . Относительная плотность от теоретической алюмооксидной керамики без добавок составляет 99,72 ± 0,3 %, при формировании гексаалюмината бария – 92,45 ± 0,5 %. Средний размер зерен оксида алюминия в материале без добавки находится в диапазоне 4,27 ± 1,80 мкм, а при формировании 15 мас. % гексаалюмината бария – 1,49 ± 0,80, 1,89 ± 0,85 и 1,60 ± 0,63 мкм при tс = 1500, 1550 и 1600 °С соответственно. Размеры пластин гексаалюмината бария с ростом температуры спекания увеличиваются. При tс = 1500 °С их длина составляет 2,45 ± 0,22 мкм, а при tс = 1600 °С – 5,23 ± 0,46 мкм. Наиболее высокое значение критического коэффициента интенсивности напряжений (5,00 ± 0,10 МПа·м1/2) зафиксировано для материала, содержащего гексаалюминат бария и спеченного при tс = 1550 °С, твердость такого материала составляет 2070 ± 43 HV2 .
Alumina-based composite ceramics containing barium hexaaluminate are promising for various industrial applications, including the fabrication of replaceable cutting inserts. However, reports on such materials produced by spark plasma sintering (SPS) are scarce. This study aimed to evaluate the influence of sintering temperature on the structure and properties of alumina ceramics containing barium hexaaluminate. The materials were fabricated from highly dispersed Al2O3 and BaO powders by co-dispersion in an alcohol medium, followed by drying and spark plasma sintering at 1500, 1550, and 1600 °C. X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and hydrostatic weighing were used to determine phase composition, microstructure, apparent density, and open porosity. Vickers hardness and fracture toughness were evaluated by indentation. The formation of α-Al2O3 and Ba0.83Al11O17.33 phases was confirmed. The relative density of alumina ceramics without additive reached 99.72 ± 0.3 %, while that of ceramics containing barium hexaaluminate was 92.45 ± 0.5 %. The average Al2O3 grain size decreased from 4.27 ± 1.80 μm (without additive) to 1.49 ± 0.80, 1.89 ± 0.85, and 1.60 ± 0.63 μm at sintering temperatures of 1500, 1550, and 1600 °C, respectively. The barium hexaaluminate plates grew with increasing temperature, from 2.45 ± 0.22 μm at 1500 °C to 5.23 ± 0.46 μm at 1600 °C. The maximum fracture toughness (KIc = 5.00 ± 0.10 MPa·m1/2 ) was obtained for the material containing barium hexaaluminate sintered at 1550 °C, which also exhibited a hardness of 2070 ± 43 HV2 .
The authors declare that there are no conflicts of interest present.