ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ОКСИНИТРИДОВ АЛЮМИНИЯ И ЦИРКОНИЯ

Abstract

Ссылка для цитирования: Исследование структуры и физико-механических свойств керамики на основе оксинитридов алюминия и циркония / С.В. Матренин, А.В. Мостовщиков, Ю.А. Мировой, А.О. Чудинова // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333. – № 2. – С. 184-192. Актуальность. Развитие геологии ХХI в. невозможно без решения фундаментальных проблем современного материаловедения, обусловленных задачами создания новых материалов функционального назначения. Несмотря на многообразие методов синтеза оксинитридов алюминия и циркония и консолидирования керамики на их основе, разрабатываемых в настоящее время, научный и практический интерес представляет твердофазный синтез в процессе компактирования соответствующих смесей в инертной атмосфере. При этом порошки могут быть спрессованы в компакты как до спекания, так и в его процессе. Во втором случае могут применяться различные варианты горячего прессования и искрового плазменного спекания. Для тугоплавких ионно-ковалентных оксинитридов переходных металлов активированное спекание является актуальной проблемой, так как оно осуществляется по диффузионному механизму. Для решения этой проблемы необходимо исследование закономерностей и механизмов консолидирования оксинитридных керамических материалов и поиск соответствующих активирующих добавок и методов активирования. Цель: разработать метод получения высокоплотной прочной керамики на основе оксинитрида алюминия и циркония, включающий синтез сжигания порошковых смесей и последующее горячее прессование в инертной атмосфере, и исследовать структуру и физико-механические свойства полученных компактов. Методы: ситовый анализ крупнодисперсных порошков с использованием анализатора А20, рентгенофазовый анализ исследуемых образцов, гидростатическое взвешивание для определения кажущейся плотности спеченных образцов, измерение микротвердости спеченных образцов, растровая электронная микроскопия, Scratch-тестирование. Результаты. Получена керамика на основе оксинитрида алюминия с применением уникального метода, включающего синтез порошка Al2O3-AlN путем сжигания нанопорошка Al и последующее горячее прессование в инертной атмосфере. Полученная керамика имела следующие физико-механические свойства: модуль упругости при индентировании EIT=286537 МПа, твердость индентирования HIT=13160 МПа, прочность образцов σs=2912 МПа. Методом горячего прессования получена высокомодульная прочная оксинитридная керамика ZrO2-ZrN (модуль упругости при индентировании EIT=323897 МПа, твердость индентирования HIT=19244 МПа, прочность образцов σs=3381 МПа). Полученные материалы предлагаются для использования в технологии функциональной керамики нового поколения.