Исследование механизмов упрочнения при пластической деформации в тетрагональных кристаллах на основе диоксида циркония

Кристаллические материалы на основе диоксида циркония обладают свойствами, перспективными во многих приложениях и представляют значительный интерес, как с научной, так и с практической точки зрения. Актуальность создания таких материалов определяется перспективами их использования в качестве конструкционных неметаллических высокопрочных и износостойких материалов, термобарьерных и защитных покрытий, твердых электролитов для топливных элементов, датчиков кислорода в разных средах и других подобных устройствах, а также в качестве биоинертных материалов для медицины. С развитием техники растут требования, предъявляемые к этим материалам по повышению эксплуатационных характеристик и их стабильности, расширению рабочего диапазона температур.Проект направлен на решение фундаментальной проблемы выявления взаимосвязи фазового состава и реальной структуры с механизмами упрочнения при пластической деформации в тетрагональных кристаллах на основе диоксида циркония. А так же выяснения влияния состава твердого раствора (определение концентраций стабилизирующей и легирующих примесей) и режимов термообработки на величину вклада разных механизмов упрочнения при индентации кристаллов. Для изучения механических характеристик материала, таких как: твердость, трещинностойкость, оценки прочностных и упругопластических свойств широко используют метод индентирования. При индентировании материалов на основе диоксида циркония принципиальными механизмами деформации являются сдвиговая деформация благодаря генерации и движению дислокаций, поворот двойников, фазовая мартенситная трансформация, и растрескивание, которые зависят от исходной микроструктуры материала. Исследование деформационных механизмов важны потому, что для многих применений напряжения в объеме вызваны контактной нагрузкой действующей с поверхности. Синтез кристаллов диоксида циркония будет проводиться методом направленной кристаллизации расплава с использованием прямого высокочастотного нагрева. Исследования структуры и фазового состава кристаллов на основе диоксида циркония будут проведены с помощью методов рентгеновской дифрактометрии, рамановской спектроскопии, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии. Особое внимание в работе будет уделено исследованию влияния фазовых переходов на структурное состояние и модифицирование функциональных свойств материала.В результате выполнения проекта будет проведено исследование влияния концентрации стабилизирующей и легирующих примесей, кристаллографической ориентации, а также последующей термообработки кристаллов на основе диоксида циркония на механические характеристики, обусловленные вкладами разных механизмов упрочнения. Проведена оценка вкладов от сдвиговой деформации, поворота двойников и трансформационного упрочнения в пластическую деформацию при индентации в зависимости от состава и условий термообработки кристаллов на основе диоксида циркония. Будет проведено изучение процессов фазовых превращений и деградации свойств твердых растворов на основе диоксида циркония при температурном воздействии в разных средах, что позволит определить стабильность кристаллов на основе диоксида циркония при различных условиях эксплуатации.