РОЛЬ ТЕТРАГОНАЛЬНО-МОНОКЛИННЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ В ФОРМИРОВАНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ КЕРАМИК НА ЕГО ОСНОВЕ Текст научной статьи по специальности «Физика»

РОЛЬ ТЕТРАГОНАЛЬНО-МОНОКЛИННЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ДИОКСИДА

ЦИРКОНИЯ В ФОРМИРОВАНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ КЕРАМИК НА

ЕГО ОСНОВЕ

Дмитриевский А.А., Ефремова Н.Ю., Григорьев А.Н., Овчинников П.Н.,

Дунаев К.С., Ланюгов Н.А.

Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, Тамбов, Россия

E-mail: [email protected]

Циркониевая керамика и композиты на ее основе имеют широчайшую область практических приложений от термобарьерных покрытий до твердотельных топливных элементов и от имплантатов до бронеэлементов. Такое разнообразие применений стало возможным благодаря характерному для нее трансформационному упрочнению, обусловленному механоиндуцированными тетрагонально-моноклинными t^m фазовыми превращениями [1]. Исследования последнего десятилетия привели к разработке многокомпонентных составов и структуры композиционной керамики на основе ZrÜ2, способной к трансформационно-индуцированной пластической деформации (TRIP) при комнатных температурах [2-3], что не типично для керамик. Важно отметить, что для керамик, способных к TRIP, характерно не только сохранение, но и улучшение прочностных свойств.

Составы и методика изготовления исследуемых нами циркониевых керамик (стабилизированных оксидом кальция), упрочненных оксидом алюминия с добавлением диоксида кремния (ATZ+SiÜ2 керамика) описана в [3].

Комплексный анализ данных, полученных несколькими взаимодополняющими методами (оптическая, растровая и просвечивающая электронная микроскопия, рентгеновская дифрактометрия, рамановская спектрометрия, многоцикловая индентометрия, а также диагностика прочностных и триботехнических свойств), позволил заключить, что введение диоксида кремния (в концентрации от 1 до 5 мол. %) в ATZ керамику способствует снижению энергетического барьера для механо-индуцированных t^m превращений ZrÜ2. Повышение трансформируемости t-ZrÜ2 обеспечивает проявление воспроизводимой TRIP при комнатных температурах, а также сопровождается увеличением: вязкости разрушения от 7,05±0,35 МПа м1/2 до 12,4±0,3 МПа м1/2; предела прочности на растяжение (метод Бразильского теста) от 0,39±0,05 ГПа до 0,46±0,05 ГПа; предела прочности на сжатие от 2,13±0,1 ГПа до 2,35±0,1 ГПа. Вместе с этим, наблюдается немонотонное изменение коэффициента трения, который сначала снижается от 0,70±0,01 до 0,65±0,01 (при CsiO2=1 мол. %), затем повышается до 0,72±0,01, а также немонотонное (с наличием плато) увеличение интенсивности износа от 4,16*10-7±0,25*10-7 мм3/Нм до 8,26*10-7±0,2 х10-7 мм3/Нм. Использование CaO (вместо традиционного Y2O3) в качестве стабилизатора t-ZrÜ2 обеспечивает повышение стойкости к низкотемпературной деградации. По ряду достигнутых характеристик, разработанная ATZ+SiÜ2 керамика превосходит многие аналоги, в том числе, керамику Aidite AiZir, используемую во многих отечественных стоматологических клиниках для изготовления коронок.

Список цитируемой литературы

1. Garvie R.C., Hannink R.H.J., Pascoe R.T. // Nature. 1975. V. 258. P. 703-704.

2. Reveron H., Serrano-Munoz I., Kupsch A., et.al. // Mater. Lett. 2024. V. 366, P. 136445.

3. Dmitrievskiy A.A., Efremova N.Yu., Zhigacheva D.G., et.al. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2024. V. 119. P. 106527.