Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Физико-химические процессы получения керамических материалов на основе нанопорошков оксидов циркония, иттрия, церия и алюминия

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-1-61-71

Полный текст:

Аннотация

При исследовании нанокерамики необходимо постоянно иметь в виду теснейшую взаимосвязь способа ее получения, структуры и свойств. Нанокерамические материалы находят применение в различных областях техники в качестве конструкционных и функциональных материалов. Также нанокерамика широко используется в медицине. Она безвредна, стабильна и имеет большое сродство с живыми организмами. Нанокерамика на основе ZrO2 имеет меньший модуль упругости, чем прочие оксидные материалы. Специфика ее применения заключается в высоком сопротивлении разрыву и тепловому удару, в химической стабильности при высоких температурах. Однако необходимо решить проблему увеличения вязкости разрушения керамических материалов на основе ZrO2. Комплексное легирование ZrO2 оксидами иттрия и церия и использование добавки Al2O3 приводит к повышению вязкости разрушения и снижению негативного воздействия материалов в биологической среде. В настоящей работе на основе научных данных и экспериментальных исследований рассматриваются основные физико-химические свойства керамических порошков и материалов системы ZrO2–2Y2O3–4CeO2–Al2O3, синтезированных методом химического осаждения неорганических прекурсоров с применением золь-гель-технологии. Легирование чистого оксида циркония стабилизирующими оксидами Y2O3, CeO2 и термическое упрочнение Al2O3 обеспечивают сохранение тетрагональной структуры при комнатной температуре, что позволяет замедлить и контролировать трещиностойкость материала под нагрузкой. Проведены исследования влияния температуры спекания и содержания оксида алюминия на микроструктуру и размер зерна, физико-механические свойства получаемого керамического материала составов ZrO2–2Y2O3–4CeO2+1мас.%Al2O3 и ZrO2–2Y2O3–4CeO2+3мас.%Al2O3.

Об авторах

Е. Н. Макарова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ).
Россия

Канд. техн. наук, ассистент кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин» ПНИПУ.

614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29. 



И. В. Анциферова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ).
Россия
Докт. техн. наук, профессор кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин» ПНИПУ.

614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29. 



Список литературы

1. Chevalier J., Gremillard L. Ceramics for medical applications: A picture for the next 20 years. J. Eur. Ceram. Soc. 2009. Р. 1245—1255.

2. Шевченко А.В., Дудник Е.В., Цукренко В.В., Рубан А.К. Микроструктурное проектирование материалов в системе ZrO2—Y2O3—CeO2—Al2О3. Порошк. металлургия. 2010. No. 9/10. С. 43—51.

3. Шевченко А.В. Гидротермальный синтез нанокристаллических порошков в системе ZrO2—Y2O3— CeO2. Порошк. металлургия. 2007. No. 1/2. С. 23—30.

4. Цукренко В.В., Дудник Е.В., Шевченко А.В, Лопато Л.М. Синтез и свойства порошков в системе ZrO2— Y2O3—CeO2. В сб. науч. тр.: Современные проблемы физического материаловедения. Киев: ИПМ НАН Украины, 2008. Вып. 17. С. 46—51.

5. Шевченко А.В., Дудник Е.В., Рубан А.К., Редько В.П., Лопато Л.М. Синтез и свойства нанокристаллического порошка состава 90 % ZrO2—Y2O3—CeO2 и 10 % Al2O3. Неорган. наноматериалы. 2008. Т. 44. No 4. С. 477—481.

6. Лашнева В.В., Шевченко А.В., Дудник Е.В. Биокерамика на основе ZrO2. Стекло и керамика. 2009. No. 4. С. 25—28.

7. Chevalier J. What future for zirconia as a biomaterial. Biomaterials. 2006. Vol. 27(4). Р. 535—543.

8. Palmero P. Structural ceramic nanocomposites; a review of properties and powders’ synthesis methods. Nanomaterials. 2015. No. 5. Р. 656—696.

9. Порозова С.Е., Макарова Е.Н., Кульметьева В.Б. Влияние малых добавок Al2O3 на свойства керамики системы ZrO2—2Y2O3—4CeO2. Изв. Самар. науч. центра РАН. 2015. Т. 17. No. 2 (4). С. 874—880.

10. Анциферова И.В., Макарова Е.Н. Влияние ультразвуковой обработки и выдержки в среде этилового спирта на распределение по размерам и степень агломерации нанопорошков системы ZrO2—2Y2O3—4CeO2— Al2O3. Перспект. материалы. 2015. No. 1. С. 41—48.

11. Makarova E.N., Antsiferova I.V. Investigation into the solubility of nanopowders of the ZrO2—Y2O3—CeO2— Al2O3 system in the aqueous medium at various pH. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2017. Vol. 58. No. 5. P. 525—529.

12. Кульметьева В.Б., Порозова С.Е. Керамические материалы: получение, свойства, применение. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2009. С. 50—54.

13. Матренин С.В. Исследование свойств оксидной керамики на основе ZrO2 и Al2O3: Метод. указ. по выполнению лабор. работ. Томск: Изд-во ТПУ, 2009.

14. Шевченко А.В., Рубан А.К., Дудник Е.В. Высокотехнологичная керамика на основе диоксида циркония. Огнеупоры и техн. керамика. 2000. No. 9. С. 2—8.

15. Bastide B., Bastid P., Canale P., Odie P. Characterization of a new ternary Ce-tetragonal zirconia. J. Eur. Ceram. Soc. 1989. Vol. 5. P. 289—293.

16. Zhang L., Zheng Y., Guo J., Wu D., Gong M. Structure evolution process of Ce0.65Zr0.25Y0.1O1.95 prepared by oxidation-coprecipitation method. Acta Phys.-Chim. Sinica. 2008. Vol. 24 (8). P. 1342—1346. DOI: 10.1016/S01672738(98)00538-4.

17. Volpato C.A., GarbelottoL.G. D., Fredel M.C., Bondioli F. Application of zirconia in dentistry: biological, mechanical and optical considerations, advances in ceramics. In: Electric and magnetic ceramics, bioceramics, ceramics and environment. 2011. P. 397—420.

18. Lin J.-D., Duh J.-G. Correlation of mechanical properties and composition in tetragonal CeO2—Y2O3—ZrO2 ceramic system. Mater. Chem. Phys. 2002. Vol. 78. P. 246— 252.

19. Шевченко А.В., Дудник Е.В., Рубан А.К. , Редько В.П., Лопато Л.М. Влияние Al2O3 на свойства нанокристаллического порошка ZrO2, содержащего 3 мол.% Y2O3. Неорган. наноматериалы. 2010. Т. 46. No. 2. С. 212—216.

20. Шевченко А.В., Лашнева В.В., Дудник Е.В., Рубан А.К., Подзорова Л.И. Синтез и физико-химические свойства керамики из нанокристаллического порошка диоксида циркония. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2011. Т. 9. No. 4. С. 881—893.

21. Lange F.F. Transformation toughening. Pt. 4. Fabrication, fracture toughness and strength of Al2O3—ZrO2 composites. J. Mater. Sci. 1982. Vol. 17. P. 247—254.

22. Tsubakino H., Nozato R., Hamamoto M. Effect of alumina addition on the tetragonal-to-monoclinic phase transformation in zirconia — 3 mol. % yttria. J. Am. Ceram. Soc. 1991. Vol. 74 (2). P. 440—443.

23. Li J., Watanabe R. Fracture toughness of Al2O3-particledispersed Y2O3 partially stabilized zirconia. J. Am. Ceram. Soc. 1995. Vol. 78 (4). P. 1079—1082.


Для цитирования:


Макарова Е.Н., Анциферова И.В. Физико-химические процессы получения керамических материалов на основе нанопорошков оксидов циркония, иттрия, церия и алюминия. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2019;(1):61-71. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-1-61-71

For citation:


Makarova E.N., Antsiferova I.V. Physical-chemical processes of obtaining ceramic materials based on nanopowders of oxides of zirconium, yttrium, cerium and aluminum. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2019;(1):61-71. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-1-61-71

Просмотров: 124


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)