Разработка и исследование композиционных керамических материалов, содержащих гексаалюминаты щелочных и щелочноземельных металлов

В данном проекте изучено влияние гексаалюминатов различного химического состава на фазовый состав, структуру и свойства керамических материалов на основе оксида алюминия и диоксида циркония. В ходе реализации проекта изучены закономерности формирования гексаалюминатов кальция, стронция, церия и лантана в структуре оксидной керамики. В алюмоциркониевой керамике, содержащей гексаалюминат лантана, длина пластин увеличивается от 1,1 до 1,5 мкм с увеличением их содержания в композитах от 3 до 15 масс. %. Соотношение сторон пластин для всех составов составляет 6 к 1. С увеличением содержания пластин размер зерен оксида алюминия снижается вследствие сегрегации La по границам алюмооксидных зерен, что препятствует их подвижности. Также часть оксида алюминия затрачивается на формирование гексаалюминатов. Размер зерен диоксида циркония при этом не изменяется. В материалах, содержащих гексаалюминаты лантана и церия, зафиксированы различные механизмы повышения трещиностойкости алюмоциркониевых керамик. Их проявление зависит от количественного содержания гексаалюминатов в материале. В материалах, содержащих до 6 масс. % гексаалюминатов, преимущественно наблюдаются механизмы огибания, раздваивания трещин, разрушения пластин и формирование мостиков. Механизм отклонения фронта трещины кристаллами пластинчатой формы явно проявляется лишь в материалах с содержанием гексаалюминатов от 9 масс. % и выше. Наиболее эффективно механизмы повышения трещиностойкости реализуются в материале с 12 масс. % содержания гексаалюмината лантана. С точки зрения формирования высоких свойств для материалов системы Al2O3-ZrO2-CeO2 рекомендуется использовать технологию горячего прессования для формирования гексаалюмината церия. Данная технология позволяет получить материал с трещиностойкостью на 26 % выше, чем для материала аналогичного химического состава, полученного свободным спеканием. Это объясняется формированием гексаалюмината церия в спеченной керамике. Кроме того, плотность относительно теоретической для такого материала составляет 98 %. Для алюмоциркониевой керамики, содержащей гексаалюминат лантана, с точки зрения формирования высокой трещиностойкости метод спекания не оказывает существенного значения. Однако при рассмотрении данного материала, в частности, с 12 масс. % LaAl11O18, рекомендуется использовать технологию горячего прессования для получения материалов с минимальной открытой пористостью (на уровне 0,5 %).