CC BY
231
10. Болдырев В. В. Механохимия и механическая активация твердых тел // Успехи химии. 2006. Т. 75, № 3. С. 203-216.
11. Фундаментальные основы механической активации, механосинтеза и механохимических технологий / под ред. Е. Г. Аввакумова. Новосибирск: СО РАН, 2009. 342 с.
12. Твердофазный синтез нанокристаллического цирконата лантана с применением механоактивации / А. М. Калинкин и др. // Журнал общей химии. 2017. Т. 87, вып. 10. С. 1597-1604.
13. Behaviour of rare earth sesquioxides exposed to atmospheric carbon dioxide and water / S. Bernal et al. // Reactivity of Solids. 1987. Vol. 4, Issues 1-2. P. 23-40.
14. Effect of mechanical activation of coprecipitated precursor on synthesis of La2Zr2O7 / A. M. Kalinkin et al. // Ceram. Int. 2016. Vol. 42, Issue 14. P. 15843-15848.
15. Coprecipitation synthesis and thermal conductivity of La2Zr2O7 / H. Chen et al. // J. Alloys Compd. 2009. Vol. 480. P. 843-848.
16. Preparation and thermophysical properties of CeO2 doped La2Zr2O7 ceramic for thermal barrier coatings / H. Zhou et al. // J. Alloys Compd. 2007. Vol. 438. P. 217-221.
Сведения об авторах
Калинкин Александр Михайлович
доктор химических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия [email protected]. net. ru Усольцев Александр Владимирович
Мурманский государственный технический университет, Апатитский филиал, г. Апатиты, Россия [email protected]
Калинкина Елена Владимировна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия [email protected] Неведомский Владимир Николаевич
Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, г. Санкт-Петербург, Россия [email protected]
Kalinkin Aleksandr Mikhailovich
Dr. Sc. (Chemistry), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia [email protected]. net. ru Usoltsev Aleksandr Vladimirovich
Murmansk State Technical University, Apatity Branch, Apatity, Russia
Kalinkina Elena Vladimirovna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia [email protected] Nevedomskii Vladimir Nikolaevich
A. F. Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg, Russia [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.651 -654 УДК 666.3-135
КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ZRO2
ДЛЯ РАЗЛИЧНОГО ПРИМЕНЕНИЯ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Е. А. Кораблева, М. А. Майзик, Д. В. Харитонов
АО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина», г. Обнинск, Россия
Аннотация
Работа посвящена керамическим материалам на основе диоксида циркония. Приведены примеры химического и фазового составов. Описаны свойства и области применения представленных материалов. Ключевые слова:
импортозамещение, керамические материалы, фазовый состав, прочность, термоудар, ионная проводимость.
. В. Тананаева
. И. В. Тананаева
CERAMIC MATERIALS AND PRODUCTS BASED ON ZRO2 FOR METALLURGICAL INDUSTRY
Е. А. Korableva, М. А. Mayzik, D. V. Haritonov
Obninsk Research and Production Enterprise "Technologiya" Named after A. G. Romashin, Obninsk, Russia Abstract
The work deals with ceramic materials based on ZrO2. The xamples of chemical composition and phase composition are given. The properties and applications of the materials under consideration, are described. Keywords:
import substitution, ceramic materials, phase composition, durability, thermal shock, ionic conduction.
АО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина» является ведущим предприятием в разработке и изготовлении высококачественной продукции на основе керамических материалов. В настоящем докладе представлены материалы и изделия на основе диоксида циркония, стабилизированного добавками оксидов иттрия и магния.
Твердые растворы на основе диоксида циркония являются самыми стабильными и достаточно технологичными при длительном температурном применении среди других, поэтому материалы этой системы остаются востребованными в качестве износостойких деталей и твердых электролитов для длительного применения. На новом витке развития материаловедения, применяя методы нанотехнологии, возможно даже в этой хорошо известной системе получить новые функциональные материалы.
Керамика на основе диоксида циркония является основным решением для создания изделий с большим ресурсом для современных металлургических предприятий. Обеспечивается это за счет уникальных свойств диоксида циркония, таких как: коррозионная стойкость; высокая прочность и вязкость разрушения; ионная проводимость; температурная устойчивость (более 2200 °С); способность выдерживать термоудар; низкая теплопроводность.
Диоксид циркония имеет природное свойство — наличие трех кристаллических модификаций: моноклинной (а), тетрагональной (Р) и кубической (у), которые при определенных температурах обратимо превращаются одна в другую: 2Ю2(мон.) ^ 2Ю2(тетр.) ^ Zr02 (куб.). Материалы в системе ZrO2-Y2O3 по фазовому составу и техническому применению делятся на три группы.
К первой группе относятся тетрагональные поликристаллические материалы в международной классификации Y-TZP. Они содержат оксид иттрия 2,5-3 мол. %. Керамика этого состава находится в тетрагональной кристаллической модификации с небольшим содержанием моноклинной. Материалы в этой области содержания оксида иттрия обладают высокой прочностью при Ткомн (оизг = 1000-2000 Мпа) и вязкостью разрушения (К1с = 10-12 МПа-м1/2) и называются керамической сталью. Значительное увеличение механических свойств этих трансформационно-упрочненных материалов обусловлено мартенситным превращением зерен метастабильного тетрагонального ZrO2 в моноклинный ZrO2. Они применяются в изделиях конструкционного назначения (детали машин и механизмов, пары трения, наконечники для волоконно-оптических линий связи, волоки).
Вторая группа материалов — керамика с содержанием 4-5 мол. % Y2O3, она называется частично стабилизированным диоксидом циркония (ЧСДЦ) в международной классификации Y-PSZ. Керамика этого состава находится в тетрагональной и кубической модификациях, обладает хорошими прочностными характеристиками при Ткомн. (Оизг = 550-700 Мпа) и вязкостью разрушения (К^ = 7-9 МПа-м1/2). Материалы состава 4-5 мол. % Y2O3 имеют термостойкость при температурном применении 850-900 °С в режиме включения и выключения (за несколько минут) с быстрым охлаждением до комнатной температуры. Эти материалы применяются для изготовления твердых электролитов датчиков кислорода, твердооксидных элементов (ТОТЭ) для электрохимических устройств, для деталей конструкционного назначения при температурном применении 300-1000 °С.
Третья группа материалов в системе ZrO2-Y2O3 — это керамика с содержанием 6-10 мол. % Y2O3, называется полностью стабилизированным диоксидом циркония (СДЦ) в международной классификации FSZ. Оксид иттрия добавляют в вышеперечисленном количестве для стабилизации кубической структуры в ZrO2, т. е. для предотвращения тетрагонально-моноклинного перехода. Керамика этого состава обладает высокими проводящими свойствами, но при этом имеет низкие значения термо-механических свойств при Ткомн. (оизг = 150220 МПа) и вязкости разрушения (К1с = 2,0-3 МПа-м1/2). Эти материалы применяются для получения твердых электролитов для ТОТЭ, кислородных насосов и огнеупоров.
Материал системы ZrO2-MgO — это керамика с содержанием 6 мол. % MgO в международной классификации MSZ. Этот материал известен своей устойчивостью к эрозии и термическим ударам, применяется в качестве огнеупоров и датчиков окисленности сталей.
Отличительной особенностью АО «ОНПП «Технология» им. А. Г. Ромашина» является собственное производство керамических порошков на основе диоксида циркония, что позволяет экспериментировать и получать керамику, отличную или полностью повторяющую свойства продукции любых других компаний.
Диоксид циркония
Добавка
8-10 мол. %Y2Oз
4-5 мол. % Y2Oз
3 мол. % Y2Oз
6 мол. % MgO
Основные свойства
Проводимость +++ Термостойкость + Прочность -
Проводимость + Термостойкость -Прочность ++
Проводимость -Термостойкость -Прочность +++
Проводимость + -Термостойкость+++ Прочность -
Назначение
ТОТЭ, кислородные насосы, огнеупоры
Датчики кислорода, ТОТЭ
Конструкционная керамика
Датчики окисленности сталей, огнеупоры
ел и! и)
4Ц
V Ж Ш
Предприятие имеет серьезную исследовательскую базу. Качество и свойства изделий отслеживается уже на этапе получения порошков. Для получения наноструктурных материалов в системе ZrO2-Y2O3 для всех групп требуются исходные нанокристаллические порошки заданных составов. В АО «ОНПП «Технология» им. А. Г. Ромашина» разработана технология и создана технологическая линия получения порошков химическим методом. Все изделия проходят оценочные испытания, и по их результатам происходит доработка исходного материала (химический состав, процентное соотношение компонентов, размер частиц, плотность/пористость материала).
В настоящее время многие российские компании зависят от поставок импортных изделий для своего процесса. АО «ОНПП «Технология» ведет активные разработки в области импортозамещения. Научно-исследовательская база предприятия позволяет проводить полные материаловедческие исследования (РФА, СЭМ, химический анализ, механические свойства и др.) зарубежных аналогов. На основании проведенных исследований создается не уступающий аналог, учитывающий все пожелания заказчика. Предприятие готово поставлять бесплатно первый опытный образец на испытания. При положительном результате испытаний устанавливается цена, не превышающая цену импортного аналога.
Литература
1. Рутман Д. С., Топоров Ю. С., Плинер С. Ю. Высокоогнеупорные материалы из диоксида циркония. М.: Металлургия, 1985. 136 с.
2. Викулин В. В., Якушкина В. С., Кораблева Е. А., Исследование зависимости кислородоионной проводимости
твердых электролитов из ZrO2 — Y2O3, работающих в жидкометаллических теплоносителях, от фазового состава и структуры керамики // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Вып. 4. Калуга: Эйдос,2003. С. 154-159.
Сведения об авторах
Кораблева Елена Алексеевна
АО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина», г. Обнинск, Россия
Майзик Марина Александровна
АО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина», г. Обнинск, Россия
Харитонов Дмитрий Викторович
доктор технических наук, АО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина»,
г. Обнинск, Россия
Korableva Elena Alekseevna
Obninsk Research and Production Enterprise "Technologiya" Named after A. G. Romashin, Obninsk, Russia
Mayzik Marina Aleksandrovna
Obninsk Research and Production Enterprise "Technologiya" Named after A. G. Romashin, Obninsk, Russia
Haritonov Dmitriy Victorovich
Dr. Sc. (Engineering), Obninsk Research and Production Enterprise "Technologiya" Named after A. G. Romashin, Obninsk, Russia [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.654-659 УДК 541.135.4
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ СИНТЕЗА И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИТИЙПРОВОДЯЩЕГО ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА Lh,5Al0,5Ge1,5(PO4b
Г. Б. Куншина1, И. В. Бочарова1, А. А. Расковалов2
1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
2 Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия Аннотация
Рассматриваются способы синтеза твердого электролита со структурой NASICON состава Li1,5Al0,5Ge1,5(PO4)3 (LAGP). Показано преимущество способа синтеза LAGP с использованием жидкофазного прекурсора на основе оксалатного комплекса германия, что обеспечивает получение монофазного целевого продукта с высокой ионной проводимостью. Изучен ионный перенос в синтезированном твердом электролите методом спектроскопии электрохимического
