Оценка гидротермальной стойкости керамики Y-TZP по степени тетрагональности основных фаз

О.С. Толкачёв, Э.С. Двилис, Т.Р. Алишин, О.Л. Хасанов, Д.А. Михеев, Ц. Чжан показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 17 апреля 2020; Исправлена: 20 июля 2020; Принята: 24 июля 2020
Цитирование: О.С. Толкачёв, Э.С. Двилис, Т.Р. Алишин, О.Л. Хасанов, Д.А. Михеев, Ц. Чжан. Оценка гидротермальной стойкости керамики Y-TZP по степени тетрагональности основных фаз. Письма о материалах. 2020. Т.10. №4. С.416-421
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-416-421

Аннотация

Поле корреляции степени тетрагональности Y-TZP керамики  и содержания моноклинной фазы в ней после старения в водяном паре при 180 °C и давлении 0.2 МПа в течении 20 ч.Методом одноосного одностороннего прессования с последующим свободным спеканием в диапазоне температур 1350 –1600°C изготовлены керамические и композиционные материалы на основе Y-TZP и метастабильных нановолокон Al2O3. Добавление 1 об.% нановолокон Al2O3 позволяет при температуре 1400°C получить керамику с зерном 196 нм и с относительной плотностью 98 %. У образцов без нановолокон значение плотности приближается к 98 % лишь при температуре спекания 1500°C и сопровождается увеличением среднего размера зерна на 25 %. Установлено, что введение в Y-TZP нановолокон Al2O3 сопровождается повышением гидротермальной стойкости: содержание моноклинной фазы после 40 ч испытаний при температуре водяного пара 134°C и давлении 0.2 МПа не превышает 3.5 об.% в образцах, изготовленных в диапазоне температур спекания 1400 –1500°C, тогда как у образца без нановолокон, спеченного при 1500°C, содержание моноклинной фазы после таких испытаний превышает 60 %. Обнаружена закономерная связь степени тетрагональности исходного материала с образованием в нём после ускоренного старения моноклинной фазы. После испытания на старение при температуре пара 180°C и давлении 1 МПа фазовый состав исследуемой керамики остаётся стабильным при степени тетрагональности не более 1.0145. Обнаруженная закономерность расширяет возможности для оптимизации режимов изготовления и достижения требуемого баланса различных эксплуатационных свойств керамики Y-TZP, используемой в качестве имплантатов или ответственных изделий, работающих во влажной среде.

Ссылки (20)

1. S. Ramesh, K. Y. Sara Lee, C. Y. Tan. Ceram. Int. 44 (17), 20620 (2018). Crossref
2. F. Zhang, K. Vanmeensel, M. Batuk, J. Hadermann, M. Inokoshi, B. Van Meerbeek, I. Naert, J. Vleugels. J. Eur. Ceram. Soc. 35 (2), 741 (2015). Crossref
3. S. Sequeira, M. H. Fernandes, N. Neves, M. M. Almeida. Ceram. Int. 43 (1), 693 (2017). Crossref
4. G. Sreedhar, M. Alam, V. S. Raja. Surf. Coat. Technol. 204 (3), 291 (2009). Crossref
5. M. Saremi, Z. Valefi, N. Abaeian. Surf. Coatings Technol. 221, 133 (2013). Crossref
6. O. Vasylkiv, Y. Sakka, V. V. Skorokhod. J. Am. Ceram. Soc. 86 (2), 299 (2003). Crossref
7. B. D. Flinn, A. J. Raigrodski, A. Singh, L. A. Mancl. J. Prosthet. Dent. 112 (6), 1377 (2014). Crossref
8. B. Basu, J. H. Lee, D. Y. Kim. J. Am. Ceram. Soc. 87 (9), 1771 (2004). Crossref
9. S. A. Salehi, K. Vanmeensel, A. K. Swarnakar, O. Van der Biest, J. Vleugels. J. Alloys Compd. 495 (2), 556 (2010). Crossref
10. A. Smirnov, H. D. Kurland, J. Grabow, F. A. Müller, J. F. Bartolomé. J. Eur. Ceram. Soc. 35 (9), 2685 (2015). Crossref
11. Z. K. Wu, N. Li, C. Jian, W. Q. Zhao, J. Z. Yan. Ceram. Int. 39 (6), 7199 (2013). Crossref
12. K. Matsui, H. Yoshida, Y. Ikuhara. Sci. Rep. 4 (1), 4758 (2015). Crossref
13. R. Chintapalli, A. Mestra, F. G. Marro, H. Yan, M. Reece, M. Anglada. Materials (Basel). 3 (2), 800 (2010). Crossref
14. K. Matsui, N. Ohmichi, M. Ohgai, H. Yoshida, Y. Ikuhara. J. Mater. Res. 21 (9), 2278 (2006). Crossref
15. O. S. Tolkachev, E. S. Dvilis, T. R. Alishin, A. A. Leonov, V. D. Paygin, D. A. Mikheev. Composite materials constructions. 3, 30 (2019). (in Russian) [О. С. Толкачёв, Э. С. Двилис, Т. Р. Алишин, А. А. Леонов, В. Д. Пайгин, и Д. А. Михеев. Конструкции из композиционных материалов. 3, 30 (2019).].
16. ISO standard 13356:2008. Implants for surgery: ceramic materials based on yttria- stabilized tetragonal zirconia (Y-TZP). Geneva, Switzerland: ISO. Available at: http://www.iso.ch/iso/en/prods-services/ISOstore/store.html (Last accessed September 22, 2014).
17. Japanese Standards Association. JIS A5207-2010 Sanitary wares. Tokyo, Japan: Japanese Standards Association. Available at: http://www.jsa.or.jp. (Last accessed September 22, 2014.).
18. K. Muraleedharan, J. Subrahmanyam, S. B. Bhaduri. J. Am. Ceram. Soc. 71 (5), 226 (1988). Crossref
19. H. G. Scott. J. Mater. Sci. 10 (9), 1527 (1975). Crossref
20. G. Ya. Akimov, G. A. Martini, V. Yu. Kameneva. Solid state physics. 46 (2), 250 (2004). (in Russian) [Г. Я. Акимов, Г. А. Маринин, и В. Ю. Каменева. Физика твердого тела. 46 (2), 250 (2004).].

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Российский фонд фундаментальных исследований - 18-33-00763
2. Государственное задание "Наука" - 5.0017.ГЗБ.2020