16-38-00686\17 мол_а (итоговый отчет)

В ходе выполнения проекта решались проблемы создания новых конструкционных керамических материалов на основе диоксида циркония (ZrO2) с низкой температурой спекания и высокими механическими свойствами. В связи с этим основные исследования в работе были направлены на разработку высокоактивных к спеканию порошков, а также разработку составов керамики, спекающихся при низких температурах за счет введения оригинальных добавок, образующих расплавы. В результате проведенных исследований были синтезированы высокодисперсные порошки ZrO2 с удельной поверхностью до 140 м2/г, содержащие различное количество стабилизирующей добавки оксида иттрия от 1 до 9 мол.%. Показано, что положительное влияние на спекание оказывает механоактивация порошков. Результаты подтверждались расчетами энергии спекания, основанными на дилатометрических исследованиях. Наиболее активные к спеканию порошки были получены после прокаливания на 330-400 °С и прошедшие механоактивацию.В качестве добавок были использованы оригинальные композиции на основе силикатов, ниобатов и цирконатов щелочных металлов, образующих низкотемпературные расплавы с температурой от 1100 до 1400 °С. Синтез добавок проводился в широком диапазоне температур 750-1000 °С. Были исследованы влияния добавок на фазовый состав и микроструктуру керамических материалов на основе диоксида циркония. Выявлены оптимальные составы, а именно, количество и вид добавок, а также режимы термообработки с целью достижения максимального снижения температуры спекания и формирования мелкокристаллической равномерной микроструктуры.В результате проведения исследований были разработаны составы керамических материалов с низкой температурой спекания- около 1300ᵒС. Это было достигнуто в результате применения оригинальной добавки на основе силиката натрия и лития, а также использования высокоактивных к спеканию порошков. Полученная керамика характеризовалась мелкокристаллической структурой со средним размером кристаллов 1-2 мкм, пористостью 1-2 %.Разработаны новые керамические материалы, содержащие многокомпонентные добавки на основе ниобатов и силикатов щелочных металлов. Температура спекания материалов составила 1300-1350 °С. Материалы характеризовались однородной структурой, размером кристаллов менее 1 мкм. Наиболее прочные материалы (500 МПа при изгибе) были получены при использовании добавки ниобата лития (температура спекания 1350 °С). Повышенная прочность материалов является следствием мелкокристаллической структуры (размер кристаллов 0,1 – 1 мкм), высокой плотности (открытая пористость менее 0,1%) и большим содержанием прочной тетрагональной фазы (90-95%). Были проведены биологические исследования опытных составов керамических материалов, показавших отсутствие токсичности и наличие умеренных матриксных свойств поверхности. Это делает их перспективными для применения в медицине в качестве эндопротезов. Кроме того, за счет высоких механических характеристик разработанные материалы могут быть использованы в качестве прочных конструкционных керамических изделий, используемых в машиностроении и авиации.