Обнинск, Калужская область, Россия
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
УДК 666.3-128 с плотной структурой
ГРНТИ 61.35 Технология производства силикатных и тугоплавких неметаллических материалов
ОКСО 18.07.01 Химическая технология
ТБК 627 Прочие издания
В работе исследовано влияние различных технологий получения порошков на формирование структуры и свойства композиционной керамики системы ZrO2(Y2O3)–Al2O3. Рассмотрены три метода синтеза: механическое смешение готовых оксидов, совместное осаждение и раздельное химическое осаждение из водных растворов хлористых солей. Для каждой серии установлены особенности морфологии, фазового состава и физико-механические свойства спеченных образцов. Анализ выполнен методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии и измерений гранулометрического распределения. Установлено, что механическое смешение приводит к неравномерности фазового состава и повышенной остаточной пористости спечённой керамики. Совместное осаждение обеспечивает более высокую однородность порошков, однако различия в скоростях гидролиза компонентов вызывают отклонения от расчётного состава. Наиболее устойчивые результаты получены при раздельном осаждении: порошки характеризуются мелкодисперсной структурой, равномерным распределением компонентов, а также высокой реакционной способностью при спекании. Такие композиции демонстрируют наибольшую плотность, минимальную открытую пористость и повышенные значения микротвёрдости и трещиностойкости. Проведённое сравнение подтверждает, что раздельное осаждение является наиболее эффективным подходом для получения химически однородных порошков ZrO2(Y2O3)–Al2O3 и формирования конструкционной керамики с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
система ZrO2(Y2O3)–Al2O3, раздельное химическое осаждение, совместное осаждение, механическое смешение, микроструктура, керамические порошки, фазовый состав
1. Li J., Cai Q., Luo G., Zhong X., Shen Q., Tu R., Guo X., Ding R. Zirconia Toughened Alumina Ceramics via Forming Intragranular Structure // Materials (Basel). – 2024. – Т. 17, № 6. – С. 1309. – http://dx.doi.org/10.3390/ma17061309 .
2. Gommeringer A., Nölle L., Kern F., Gadow R. Yttria Ceria Co Stabilized Zirconia Reinforced with Alumina and Strontium Hexaaluminate // Applied Sciences. – 2019. Т. 9, № 4. – C. 729. – http://dx.doi.org/10.3390/app9040729 .
3. Kim H T., DDS, MSD et al. The effect of low tempera-ture aging on the mechanical property & phase stability of Y-TZP ceramics // Journal of Advanced Prosthodontics. – 2009, – Т. 1, № 3. – C.113–117. – http://dx.doi.org/10.4047/jap.2009.1.3.113
4. Bartolomé J.F., Smirnov A., Kurland H-D. et al. New ZrO2/Al2O3 Nanocomposite Fabricated from Hybrid Nano-particles Prepared by CO2 Laser Co-Vaporization // Scien-tific Reports. – 2016. – Т. 6, № 1. – С. 20589. – http://dx.doi.org/10.1038/srep20589 .
5. Zhao, Y., Deng, J., Li, W., Liu, J., & Yuan, W. Grain Growth Behavior of Alumina in Zirconia-Toughened Alumina (ZTA) Ceramics During Pressureless Sintering // Crystals. – 2025. – Т. 15, № 1. – С. 89. – http://dx.doi.org/10.3390/cryst15010089 .
6. Abbas S., Maleksaeedi S., Kolos E., Ruys A.J. Pro-cessing and Properties of Zirconia-Toughened Alumina Prepared by Gelcasting // Materials (Basel). – 2015. – Т. 16, № 7. – С. 4344-4362. – http://dx.doi.org/10.3390/ma8074344 .
7. Ighodaro, Osayande & Okoli, O.I. Fracture Toughness Enhancement for Alumina Systems: A Review // Interna-tional Journal of Applied Ceramic Technology. – 2008. – Т. 5, № 3. – С. 313-323. – http://dx.doi.org/10.1111/j.1744-7402.2008.02224.x
8. Кривобородова С.Ю., Коршунов А.В. Закономер-ности образования фаз при получении высокоглинозе-мистого це- ментного клинкера с добавкой диоксида циркония // Тех- ника и технология силикатов. – 2025. – Т. 32, № 1. – С. 50- 61, http://dx.doi.org/10.62980/2076-0655-2025-50-61 EDN AIZUSO
9. Кривобородова С.Ю., Коршунов А.В. Формирова-ние гидратных фаз и структурообразование цементного камня при гидратации цирконийсодержащих высоко-глиноземистых цементов // Техника и технология сили-катов. – 2025. – Т. 32, № 3. – С. 283-297. http://dx.doi.org/10.62980/2076-0655-2025-283-297 , EDN kuyigr
10. Кораблёва Е.А., Харитонов Д.В., Лемешев Д.О., Жукова А.И. Возможность получения термостойких структур в керамике на основе ZrO2 // Черные метал-лы. – 2020. – № 10. – С. 55–59.
11. Харитонов Д. В., Шинкевич А. И., Малышева Т. В. Потенциал российской сырьевой базы циркония для производства огнеупорных материалов на основе ZrO2 // Черные металлы. – 2022. – № 8. – С. 17–21. – http://dx.doi.org/10.17580/chm.2022.08.03 .
12. Кораблева Е. А., Анашкина А. А., Лемешев Д. О., и др. Создание огнеупорных керамических материалов на основе ZrO2 для высокотемпературных установок // Цветные металлы. – 2021. – №10. – С. 13-20, – http://dx.doi.org/10.17580/tsm.2021.10.01
13. Черкасова Н.Ю., Батаев А.А., Веселов С.В., Кузь-мин Р.И., Стукачева Н.С., Зимоглядова Т.А. Структу-ра и трещиностойкость керамики на основе Al2O3 и ZrO2 с добавкой SrAl12O19 // Письма о материалах. – 2019. – Т.9, №2. – С. 179–184. – http://dx.doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-179-184 .
14. Толкачёв О.С., Двилис Э.С., Алишин Т.Р., Хаса-нов О.Л., Михеев Д.А., Чжан Ц. Оценка гидротер-мальной стойкости керамики Y-TZP по степени тетраго-нальности основных фаз (с добавками Al2O3) // Письма о материалах. – 2020. – Т.10, №4. – С.416–421. – http://dx.doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-416-421 .
15. Дресвянников А.Ф., Петрова Е.В., Кашфразыева Л.И., Хайруллина А.И. Синтез прекурсоров сложных оксидных систем Al2O3–ZrO2–MₓOᵧ (M = La, Y, Ce) с использованием электрогенерированных реагентов и их физико-химические свойства // Физика и химия стекла. – 2024. – Т.50, №2. – С.239–248. – http://dx.doi.org/10.31857/S0132665124020128 .
16. Белоусова О.Л., Федоренко Н.Ю., Хамова Т.В. Исследование влияния добавки оксида алюминия на физико-химические свойства ксерогелей, порошков и керамики из ZrO2 // Физика и химия стекла. – 2024. – Т.50, №2. – С.220–228. – http://dx.doi.org/10.31857/S0132665124020101 .
17. Пайгин В.Д., Деулина Д.Е., Илела А.Э. и др. Син-тез порошков системы Al2O3–Y2O3 с использованием метода нанораспылительной сушки // Вестник Томско-го государственного университета. Химия. – 2022. – Т.28, №4. – С.39–53. – http://dx.doi.org/10.17223/24135542/28/4 .
