Исследование кристаллохимических аспектов фазообразования и механизмов упрочнения твердых растворов на основе диоксида циркония частично стабилизированных оксидом иттрия и дополнительно легированных оксидами церия и неодима.

Материалы на основе циркония, в зависимости от вида и концентрации легирующей примеси (2-12 мол.%), являются перспективными во многих приложениях и представляют значительный интерес, как с научной, так и с практической точки зрения. Создания таких материалов определяется актуальностью 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 в кристаллах диоксида циркония частично стабилизированных оксидом иттрия при совместном и раздельном солегировании оксидами церия и неодима. А также выяснения влияния состава твердого раствора (определение концентраций стабилизирующей и легирующих примесей) и режимов термообработки на величину вклада разных механизмов упрочнения при индентации кристаллов. Метод индентирования широко используют для изучения механических характеристик материала, таких как: твердость, трещинностойкость, оценки прочностных и упругопластических свойств. При индентировании материалов на основе ZrO2 принципиальными механизмами деформации являются сдвиговая деформация благодаря образованию и движению дислокаций, фазовая мартенситная трансформация, поворот двойников 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, комбинационного рассеяния, 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.