ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА КЕРАМИК НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ПОСЛЕ БАРОТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

phase transitions, interfaces
and nanotechnology
http://pti-nt.ru
2014, №4
ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА КЕРАМИК НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ
РАСТВОРОВ Т – ZrO2 ПОСЛЕ БАРОТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
А.Г. Падалко, О.И. Пенькова, Л.И. Подзорова, П.В. Красовский,
Г.В. Таланова, Л.И. Шворнева
ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
РФ, 119991, г. Москва, Ленинский пр., 49
[email protected]
CHANGES IN THE PHASE COMPOSITION OF THE CERAMIC BASED ON SOLID SOLUTIONS T ZrO2 AFTER EXPOSURE BAROTHERMAL
A.G. Padalco, O.I. Penkov, L.I. Podzorova, P.V. Krasovskii,
G.V. Talanov, L.I. Shvorneva
FGBUN Institute of Metallurgy and Materials Science named A.A. Baykova RAS
Russian Federation
[email protected]
The work is demonstrating results of studing of ceramics phases on the basis of tetragonal
zirconia T – ZrO2 after the high pressure-high tempresure brentment (BTT). During
barothermal processing ceramics solid solution T – ZrO2
partial decomposition occur
leading to various quantity of monoclinic modification M – ZrO2. The ceramics of systems
ZrO2– Y2O3 and ZrO2 – Yb2O3 have been shown a additional phase of solid solution with a lack
of oxygen [T – ZrO1,95]. The ceramics of systems ZrO2 – CeО2 and ZrO2 – CeО2 – Al2O3 have
been shown the phase of solid solution on the basis of cerium dioxide [Сe 0,75Zr 0,25O2].
Приведены результаты изучения изменения фазового состава керамик на основе твердых
растворов Т – ZrO2 после баротермического воздействия. Установлено, что в керамиках
происходит частичный распад твердого раствора T – ZrO2 с образованием различного
количества моноклинной модификации (M) – ZrO2. В керамиках систем ZrO2 – Y2О3 ;
ZrO2 – Yb2О3 ; ZrO2 – Yb2О3 – Y2О3 дополнительно образуется фаза твердого раствора с
недостатком кислорода [Т– ZrO1,95], а в керамиках ZrO2 – CeО2 и ZrO2 – CeО2 – Al2О3 –
твердый раствор на основе диоксида церия [Сe 0,75Zr 0,25O2].
Изучение изменений фазового состава керамики под действием высоких температур и
давлений является необходимым этапом формирования совершенной керамики.
Известно, что следствием баротермического воздействия на материалы являются повышение
плотности и, как правило, механических свойств, фазовый состав претерпевает структурные
изменения [1].
Последнее стало предметом нашего исследования на примере керамик, полученных на основе
нанопорошков, синтезированных золь-гель методом в следующих системах: ZrO2 – Y2О3 ; ZrO2 –
Yb2О3 ; ZrO2 – CeО2 ; ZrO2 – Yb2О3 – Y2О3 ; ZrO2 – CeО2 – Al2О3.
Прекурсоры порошков получали при одновременном осаждении компонентов, соблюдая
оптимальную кислотность среды для каждого состава, и термообрабатывали при температурах 800 1000С.
Элементный состав и структурированность нанопорошков и керамики определяли с
помощью атомно-адсорбционной и энергодисперсионной спектроскопии, низкотемпературной
адсорбции/десорбции и сканирующей электронной микроскопии.
Фазовый состав образцов анализировали на дифрактометре XRD-6000 при излучении Cuk (
= 1.54Ǻ). Идентификацию фаз проводили по международному банку стандартов (JCPDS).
Содержание кислорода до и после баротермического воздействия (БТВ) определяли методом
восстановительного плавления в токе инертного газа, при котором кислород извлекается из образца в
форме оксидов углерода CO и CO2 и детектируются бездисперсионными инфракрасными датчиками
(анализатор TC-600).
Предспеченные образцы с относительной плотностью 96-97 % от теоретической подвергали
баротермической обработке на изостатическом прессе швейцарской фирмы «ABRA», при следующих
параметрах: температура 1300°С и давление 140 МПа.
Вследствие БТВ плотность всех керамических образцов приблизилась к теоретической,
механические характеристики (прочность при изгибе, трещиностойкость, микротвердость)
увеличились. Кроме этого образцы изменили цветность на более темные тона, что связывают с
образованием дефицитных по кислороду фаз [2].
Рентгенофазовый анализ показал, что после БТВ в образцах керамик ZrO2 – Y2О3 и ZrO2 –
Yb2О3 наблюдается изменения фазового состава, связанные с образованием двух типов твердых
растворов на основе ZrO2 с близкими параметрами периодов кристаллических решеток и
увеличением содержания моноклинной модификации диоксида циркония.
Фрагменты дифрактограмм керамик систем ZrO2 – Y2О3 – Yb2О3 и ZrO2 – Yb2О3 в области
основных отражений фаз Т – ZrO2 (JCPDS № 50 – 1098), М – ZrO2(JCPDS № 37 – 1484) и Т – ZrO1,95
(JCPDS №81-1544) представлены графически на рис.1 и 2.
a
b
Рис. 1.Фрагменты дифрактограмм образцов керамики ZrO2 – Yb2О3 a)до (D) и после
баротермического воздействия (P); b) Разложение рефлекса при 2   30
a
b
Рис. 2.Фрагменты дифрактограммы образцов керамики ZrO2 – Yb2О3 – Y2О3 a)до (D) и после
баротермического воздействия (P); b) Разложение рефлекса при 2   30
Возможность образования фазы Т – ZrO1,95 подтверждается уменьшением количества
кислорода, регистрируемого в образцах после БТВ.
Присутствие в системе одновременно Yb2О3 и Y2О3 способствует стабильности фазы Т –
ZrO2, что определяется меньшими содержаниями фаз М– ZrO2 и Т – ZrO1,95.
25
400
T
350
300
T
250
200
150
интенсивность, усл.ед.
В образцах керамик ZrO2 – CeО2 ; ZrO2 – CeО2 – Al2О3 , в которых основной фазой является Т
– ZrO2 (JCPDS № 17 – 0923), после БТВ преобладающей фазой становится М – ZrO2 (JCPDS № 37 –
1484). Кроме того, идентифицируется фаза твердого раствора Сe 0,75Zr 0,25O2 (JCPDS № 28 –
0271).Этот факт иллюстрирует разложение рефлексов в области углов 2  = 27- 31, представленное
на рис.3b.
100
50
k
M
0
D
M
P
25
30
35
40
45
50
2,град.
a
b
Рис. 3.Фрагменты дифрактограммы образцов керамики ZrO2 – CeО2 – Al2О3 a)до (D) и после
баротермического воздействия (P); b) Разложение рефлекса при 2   28-29
Список литературы
[1]. А.Г.Падалко Практика горячего изостатического прессования неорганических материалов,М.,Академкнига.-2007, 268с
[2]. Г.Я. Акимов, Г.А. Маринин, В.Ю. Каменева // Физика твердого тела.(2004), т.46, вып.2, с. 256258
26