Оптимизация условий подготовки и консолидации порошковых компонентов для достижения максимальных прочностных свойств керамических композиционных материалов на основе диоксида циркония и нановолокон оксида алюминия

Объектами исследования является керамика, изготовленная из ZrO2 + 3 мол. % Y2O3 и метастабильных нановолокон Al2O3. Целью данного проекта является оптимизация относительного содержания фаз и режимов производства керамических композиционных материалов с матрицей из диоксида циркония и добавками нановолокон оксида алюминия на основе выявления закономерных связей между их прочностными свойствами и условиями консолидации.Проведено комплексное исследование нанопорошка ZrO2+3 мол. % Y2O3 (порошок марки TZ-3YS, компания Tosoh) и метастабильных нановолокон Al2O3 (нановолокна марки Fibrall, компания OCSiAl) методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии (приборы JEM-2100F и JSM-7500FA, соответственно, JEOL Ltd.), рентгенофазового анализа (дифрактометр XRD-7000, Shimadzu), БЭТ и лазерной дифракции. Проведено дискретное элементное моделирование и выявлены оптимальные составы по критериям плотности упаковки и координационного числа. Изучена кинетика свободного спекания на воздухе и электроимпульсного плазменного спекания (SPS-515S, SPS Syntex Inc.) прессовок с различным содержанием исходных компонентов. Установлено, что добавление нановолокон Al2O3 сопровождается интенсификацией процесса спекания. С использованием методов индентирования проведено изучение миктровердости и критического коэффициента интенсивности напряжений спечённых образцов керамики (микротвердомер ПМТ-3М, ЛОМО и твердомер ТП-7Р-1, ЗИП). Установлена корреляция степени тетрагональности исходного материала с образованием в нём после укоренного старения моноклинной фазы. Обнаруженная закономерность расширяет возможности для оптимизации режимов изготовления и баланса различных эксплуатационных свойств керамики на основе ZrO2 + 3 мол. % Y2O3, используемой в качестве имплантатов или ответственных изделий, работающих в агрессивных условиях и влажной среде.