CC BY
13^лодыГучГны; новые материалы, активные среды и наноструктуры
Влияние термообработки на структуру и механические свойства кристаллов диоксида циркония,
частично стабилизированных оксидом гадолиния
Числов А.С.1, 2
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва 2- Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», институт новых материалов и нанотехнологий, Москва
Е-mail: Chislov. artem@bk. ru
Среди многообразия конструкционных материалов особый интерес вызывает частично стабилизированный диоксид циркония. Высокая твёрдость и трещиностойкость, способность работать в условиях повышенных температур и агрессивных сред позволяют использовать данные материалы в самых разных областях науки и техники.
Однако твёрдые растворы на основе диоксида циркония с кубической и тетрагональной структурой являются термодинамически метастабильными при комнатной температуре, и в условиях эксплуатации при повышенных температурах могут претерпевать структурные превращения, приводящие к существенной деградации их функциональных характеристик.
Целью данной работы стала характеризация влияния термообработки на фазовый состав и механические свойства монокристаллов диоксида циркония, частично стабилизированных оксидом гадолиния.
В данной работе представлены результаты исследования механических свойств, структуры и фазовой устойчивости монокристаллических твёрдых растворов ZrO2-Gd2O3 до и после отжига на воздухе и в вакууме при температуре 1600 °C. В отличие от исследования керамики рассмотрение монокристаллов даёт более полное представление о формировании фазового состава и его влиянии на механические свойства в данных материалах.
Синтез монокристаллов для исследования осуществлялся
SEE Si! 19-21 октября 2021 r.
методом направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере. Определение фазового состава кристаллов проводилось методом рентгеновской дифрактометрии. Микротвёрдость и трещиностойкость кристаллов были измерены методом индентирования.
Исследование фазового состава и механических характеристик кристаллов на основе диоксида циркония в зависимости от концентрации стабилизирующего оксида показало, что увеличение концентрации Gd2O3 в кристаллах от 2.8 до 4.0 мол. % приводит к уменьшению содержания трансформируемой тетрагональной фазы и уменьшению степени её тетрагональности. Что в свою очередь приводит к уменьшению трещиностойкости кристаллов с увеличением концентрации Gd2O3.
Показано что отжиг тетрагональных твердых растворов ZrO2-Gd2O3 приводит к увеличению значений трещиностойкости для всех исследуемых составов, за счет снятия микронапряжений в кристаллах. Фазовый анализ показал, что после отжига при температуре 1600 °C на воздухе количество нетрансформируемой тетрагональной фазы увеличилось для всех образцов по сравнению с ростовыми кристаллами и кристаллами, термообработанными на воздухе. При отжиге на воздухе значения трещиностойкости выше, чем при отжиге в вакууме, так как количество нетрансформируемой фазы при отжиге на воздухе не увеличивается.
Автор выражает благодарность научному руководителю, д.ф.-м.н. Ломоновой Е.Е. и к.ф.-м.н. Табачковой Н.Ю. за постановку научной задачи и обсуждение результатов исследования.
