сотрудник
Обнинск, Калужская область, Россия
УДК 666.3/.7 Керамическая промышленность
УДК 621.923 Шлифование, полирование и подобные процессы. Методы и оборудование
ГРНТИ 61.35 Технология производства силикатных и тугоплавких неметаллических материалов
ОКСО 18.06.01 Химическая технология
ББК 245 Физическая химия. Химическая физика
ТБК 6211 Химические элементы и их соединения
Введение. Оксидная керамика на основе частично стабилизированного диоксида циркония (ЧСДЦ) относятся к классу высокопрочных инженерных материалов, применяемых в конструкционных изделиях, работающих в условиях повышенных механических нагрузок и абразивного износа. Фазовая стабильность ЧСДЦ определяется химическим составом, размером зерна, условиями спекания и внешними воздействиями, включая особенности технологической обработки. Состояние приповерхностного слоя имеет принципиальное значение для конструкционных изделий, поскольку именно этот слой воспринимает основные эксплуатационные нагрузки и определяет сопротивление износу и хрупкому разрушению. Целью настоящей работы является установление количественной зависимости фазового состава и микротвёрдости поверхностного слоя композиционной конструкционной керамики ZrO2(5,4 мас.% Y2O3) - 30 мас.% Al2O3 от глубины резания при плоском шлифовании при фиксированной скорости продольной подачи. Материалы и методы. Объектом исследования являлась композиционная керамика состава ZrO2(5,4 мас.% Y2O3) - 30 мас.% Al2O3. Заготовки получали методом холодного изостатического прессования с последующим спеканием при температуре 1580 °С. Из спечённых пластин изготавливали образцы в виде прямоугольных параллелепипедов размером 25×5×3 мм. Плоское шлифование выполняли на станке ОШ-400 алмазным кругом типа 1А1. Скорость вращения круга составляла 40 м/с. Скорость продольной подачи стола во всех режимах составляла 7,3 м/мин. Охлаждение осуществляли водой, подаваемой непрерывно в зону контакта круга с обрабатываемой поверхностью. Количественный фазовый анализ осуществлён методом Ритвельда по данным рентгеновской дифракции в диапазоне 2θ = 24–36°. Микротвёрдость поверхностного слоя определяли методом Виккерса при нагрузке 0,5 Н и выдержке 10 с. Результаты. Исследовано влияние глубины резания при плоском шлифовании на фазовый состав и микротвёрдость поверхностного слоя композиционной керамики состава ZrO2(5,4 мас.% Y2O3) - 30 мас.% Al2O3. Заготовки получены методом холодного изостатического прессования с последующим спеканием при 1580 °С. Обработка выполнена алмазным кругом при постоянной скорости продольной подачи 7,3 м/мин и глубинах резания 0,005; 0,01 и 0,02 мм. Установлено, что увеличение глубины врезания сопровождается ростом доли моноклинной фазы диоксида циркония с 31 до 41%. Микротвёрдость определяли методом Виккерса при нагрузке 0,5 Н. Зафиксировано снижение микротвёрдости поверхностного слоя с 15800 до 14400 МПа при увеличении резания. Выводы. Глубина резания является определяющим технологическим параметром, влияющим на интенсивность механически индуцированного фазового перехода и связанные с ним изменения ло-кальных механических характеристик приповерхностного слоя.
диоксид циркония, композиционная керамика, плоское шлифование, глубина резания, фазовый состав, микротвёрдость
1. Deville S., Chevalier J., Gremillard L. Influence of surface finish and residual stresses on the ageing sensitivity of biomedical grade zirconia // Biomaterials. 2006. Vol. 27(10). P. 2186–2192. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2005.11.021 . EDN: https://elibrary.ru/KIGEUL
2. Chevalier J., Gremillard L., Deville S. Low-temperature degradation of zirconia and implications for biomedical implants // Annual Review of Materials Research. 2007. Vol. 37. P. 1–32. https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.37.052506.084250 .
3. Kosmač T., Oblak C., Jevnikar P., Funduk N., Marion L. The effect of surface grinding and sandblasting on flexural strength and reliability of Y-TZP zirconia ceramic // Dental Materials. 1999. Vol. 15(6). P. 426–433. https://doi.org/10.1016/S0109-5641(99)00070-6 .
4. Харитонов Д. В., Кораблева Е. А., Лемешев Д. О., Анашкина А. А. Специальные керамические огнеупоры. Высокотемпературные материалы на основе диоксида циркония: учеб. пособие // – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева. - 2024. – 156 с. EDN: https://elibrary.ru/VGVUWL
5. Wertz M., Hoelzig H., Kloess G. et al. Influence of manufacturing regimes on the phase transformation of dental zirconia // Materials. 2021. Vol. 14(17). 4980. https://doi.org/10.3390/ma14174980 . EDN: https://elibrary.ru/FVMMFH
6. Shishido S., Inagaki R., Kanno T. et al. Residual stress associated with crystalline phase transformation of 3–6 mol% yttria-stabilized zirconia ceramics induced by mechanical surface treatments // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2023. Vol. 146. Art. 106067. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2023.106067 . EDN: https://elibrary.ru/GHPJNV
7. Kim H.-K., Yoo K.-W., Kim S.-J., Jung C.-H. Phase Transformations and Subsurface Changes in Three Dental Zirconia Grades after Sandblasting with Various Al2O3 Particle Sizes // Materials. 2021. Vol. 14(18). 5321. https://doi.org/10.3390/ma14185321 . EDN: https://elibrary.ru/WCCCEW
8. Denkena B., Breidenstein B., Busemann S., Lehr C.M. Impact of hard machining on zirconia based ceramics for dental applications // Procedia CIRP. 2017. Vol. 65. P. 248–252. https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.04.055.
9. Pereira G.K.R., Fraga S., Montagner A.F. et al. The effect of grinding on the mechanical behavior of Y-TZP ceramics: a systematic review and meta-analyses // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2016. Vol. 63. P. 417–442. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.06.028 .
10. Khodaii J., Barazandeh F., Rezaei S.M. et al. Surface integrity and flexural strength improvement in grinding partially stabilized zirconia // Journal of Central South University. 2019. Vol. 26(12). P. 3261–3278. https://doi.org/10.1007/s11771-019-4251-z EDN: https://elibrary.ru/TNCEPF
11. Deng X., et al. Effect of grinding parameters on surface integrity and flexural strength of 3Y-TZP ceramic // Journal of the European Ceramic Society. 2022. Vol. 42(4). P. 1635–1644. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.018 . EDN: https://elibrary.ru/BHXVDA
12. Işeri U., Ozkurt Z., Kazazoğlu E., Küçüköğlu D. Influence of grinding procedures on the flexural strength of zirconia ceramics // Brazilian Dental Journal. 2010. Vol. 21(6). P. 528–532. https://doi.org/10.1590/S0103-64402010000600008 .
13. Lee K.-R., Kim D.-S., Lee J.-H. et al. Effect of different grinding burs on the physical properties of zirconia // Journal of Advanced Prosthodontics. 2016. Vol. 8(2). P. 137–143. https://doi.org/10.4047/jap.2016.8.2.137 .
14. Суздальцев Е.И., Эпов А.Г., Хамицаев А.С., Харитонов Д.В. Исследование влияния режимов механической обработки ситаллокерамических изделий в системе: станок – изделие – инструмент – схема. // Огнеупоры и техническая керамика. - 2003. - №7. С. 23-31. EDN: https://elibrary.ru/MPRESN
15. Zucuni C.P., Guilardi L.F., Rippe M.P. et al. Fatigue strength of yttria-stabilized zirconia polycrystals: Effects of grinding, polishing, glazing, and heat treatment // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2017. Vol. 75. P. 512–520. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2017.06.016 .
16. Rautenbach Z., Haiek M., Ruales-Carrera E., Özcan M. Phase transformation of yttria-stabilized zirconia after the use of various bur types in dry and wet conditions: A systematic review and meta-analysis // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2025. Vol. 169. Art. 107064. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2025.107064 . EDN: https://elibrary.ru/IWXOHB
17. Харитонов Д. В., Тимохин И. Ю., Лемешев Д. О., Кораблёва Е. А. Влияние режимов алмазного шлифования на фазовый состав и трещиностойкость керамики на основе диоксида циркония // Стекло и керамика. 2025. Т. 98, № 5. С. 9–15. https://doi.org/10.14489/glc.2025.05.pp.009-015 . EDN: https://elibrary.ru/JXLHXE
18. Pereira G.K.R., Fraga S., Montagner A.F. et al. The effect of grinding on the mechanical behavior of Y-TZP ceramics: a systematic review and meta-analyses // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2016. Vol. 63. P. 417–442. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.06.028 .
