Структура и трещиностойкость керамики на основе Al2O3 и ZrO2 с добавкой SrAl12O19

Н.Ю. Черкасова, А.А. Батаев, С.В. Веселов, Р.И. Кузьмин, Н.С. Стукачева, Т.А. Зимоглядова показать трудоустройства и электронную почту
Получена 30 декабря 2018; Принята 06 марта 2019;
Цитирование: Н.Ю. Черкасова, А.А. Батаев, С.В. Веселов, Р.И. Кузьмин, Н.С. Стукачева, Т.А. Зимоглядова. Структура и трещиностойкость керамики на основе Al2O3 и ZrO2 с добавкой SrAl12O19. Письма о материалах. 2019. Т.9. №2. С.179-184
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-179-184

Аннотация

Изменение траектории распространения трещины при столкновении с пластиной SrAl12O19Известно, что эффективным методом повышения трещиностойкости керамики является формирование в структуре материала пластинчатых соединений. В данной работе приведены результаты по оценке трещиностойкости керамики на основе Al2O3 и ZrO2 с добавкой SrAl12O19 (SrA6) в количестве 3 вес.%. Экспериментальные образцы подготовлены в соответствии со следующей технологией: диспергирование водных суспензий в бисерной мельнице, гранулирование методом распылительной сушки, гидростатическое прессование и свободное спекание. В качестве исходных материалов использовали субмикронные порошки α-Al2O3 (CT3000 SG), 3Y-TZP (Stanford Materials), SrO. Методом рентгенофазового анализа зафиксировано наличие следующих фаз в спеченной керамике: α-Al2O3, t-ZrO2 и SrAl12O19. Структурные исследования проводили с использованием растровой электронной микроскопии. Определено, что размер пластин SrAl12O19 в алюмооксидной керамике составляет 1.2 на 0.2 мкм. Введение 20 вес.% ZrO2 приводит к увеличению размеров пластин до 2.5 на 0.5 мкм. Однако при этом снижается количество пластин SrAl12O19. В материале на основе ZrO2 (85 вес.%) размер пластинчатых соединений составляет 0.8 на 0.2 мкм. Таким образом, определено, что увеличение содержания ZrO2 влияет на размер пластинчатых соединений. Трещиностойкость индентированием при нагрузке 5 кг рассчитывали по формуле Ниихары. Зафиксировано, что наличие SrAl12O19 приводит к росту трещиностойкости в 1.2 –1.6 раза. Максимальное значение получено для материала 80(Al2O3-3SrA6)20ZrO2. Исследование траектории распространения трещины позволило зафиксировать интер- и транскристаллитное разрушение. Траектория распространения трещины изменяется при столкновении с перпендикулярно ориентированной пластиной SrAl12O19. При этом наблюдается реализация механизма повышения трещиностойкости за счет отклонения пути распространяющейся трещины. Другой механизм связан с диссипацией энергии вследствие разрушения пластин.

Ссылки (19)

1. J. B. Wachtman, W. R. Cannon, M. J. Matthewson. Mechanical properties of ceramics. USA, John Wiley & Sons (2009) 479 p.
2. R. W. Rice. Treatise on Materials Science & Technology. 11, 199 (1977). Crossref
3. R. O. Ritchie. Mater. Sci. Eng. A. 103, 15 (1988). Crossref
4. Z. D. I. Sktani, M. M. Ratnam, Z. R. Ahmad. J. Austr. Ceram. Soc. 52 (1), 167 (2016).
5. L. Melk, J. J. R. Rovira, F. García-Marro, M. L. Antti, B. Milsom, M. J. Reece, M. Anglada. Ceram. Int. 41 (2), 2453 (2015). Crossref
6. E. A. Lyapunova, M. V. Grigoriev, A. P. Skachkov, O. B. Naimark, S. N. Kulkov. PNRPU Mechanics Bulletin. 4, 308 (2015) (in Russian) [Е. А. Ляпунова, М. В. Григорьев, А. П. Скачков, О. Б. Наймарк, С. Н. Кульков, Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, 4, 308 (2015)]. Crossref
7. H. J. Kleebe, G. Pezzotti, G. Ziegler. J. Am. Ceram. Soc. 82 (7), 1857 (1999). Crossref
8. P. L. Chen, I. W. Chen. J. Am. Ceram. Soc. 75 (9), 2610 (1992). Crossref
9. G. Groppi, C. Cristiani, P. Forzatti. Appl. Catal. B. Environmental. 35 (2), 137 (2001). Crossref
10. F. Kern. J. Eur. Ceram. Soc. 34 (2), 413 (2014). Crossref
11. S. M. Naga, A. M. Hassan, H. F. El-Maghraby, M. Awaad, H. Elsayed. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 54, 230 (2016). Crossref
12. A. J. Sánchez-Herencia, R. Moreno, C. Baudın. J. Eur. Ceram. Soc. 20 (14-15), 2575 (2000). Crossref
13. S. Ori, T. Kojima, T. Hara, N. Uekawa, K. Kakegawa. J. Ceram. Soc. Jpn. 120 (1399), 111 (2012). Crossref
14. I. Touaiher, M. Saâdaoui, J. Chevalier, L. Preiss, H. Reveron. J. Eur. Ceram. Soc. 38 (4), 1778 (2018). Crossref
15. T. Oungkulsolmongkol, P. Salee-art, W. Buggakupta. Journal of Metals, Materials and Minerals. 20 (2), 71 (2017).
16. K. Niihara, R. Morena, D. P. H. Hasselman. J. Mater. Sci. Lett. 1 (1), 13 (1982). Crossref
17. F. F. Lange. J. Mater. Sci. 247, 17 (1982).
18. A. C. Fischer-Cripps. Introduction to contact mechanics. New York, Springer (2000) 216 p.
19. G. A. Gogotsi, V. I. Galenko, S. P. Mudrik, B. I. Ozersky, V. V. Khvorostyany, T. A. Khristevich. Ceram. Int. 36 (1), 345 (2010). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Российский фонд фундаментальных исследований - проект № 18‑33‑01239