Армированные одностенными углеродными нанотрубками композиты на основе ZrO2, полученные свободным вакуумным спеканием

А.А. Леонов, Е.В. Абдульменова, М.А. Рудмин, Ц. Ли показать трудоустройства и электронную почту
Получена 29 июня 2021; Принята 09 октября 2021;
Цитирование: А.А. Леонов, Е.В. Абдульменова, М.А. Рудмин, Ц. Ли. Армированные одностенными углеродными нанотрубками композиты на основе ZrO2, полученные свободным вакуумным спеканием. Письма о материалах. 2021. Т.11. №4. С.452-456
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-4-452-456

Аннотация

В микроструктуре композитов на основе ZrO2 наблюдаются как неразделенные, запутанные пучки/агрегаты ОУНТ, так и отдельные нанотрубки, которые вместе образуют непрерывную армирующую структуру, что приводит к измельчению размера зерна композитов.В данной работе представлены результаты исследования спеченных композитов на основе частично стабилизированного иттрием диоксида циркония (ZrO2), армированных одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ). Смешивание нанопорошка ZrO2 c ОУНТ производили в среде этилового спирта с использованием ультразвуковой ванны и магнитной мешалки. Композиционные порошки с 0.1, 0.5 и 1 мас.% ОУНТ и нанопорошок ZrO2 прессовали в компакты при давлении 100 МПа, а затем их спекали в высокотемпературной вакуумной печи в течение 2 ч при температуре 1500°C со скоростью нагрева 300°C / ч. В зависимости от содержания ОУНТ в образцах исследовали изменения микроструктуры, фазового состава и физико-механических свойств. Установлено, что при выбранном режиме спекание получаются высокоплотные образцы (99.2 – 97.5 %). Методом сканирующей электронной микроскопией было обнаружено, что в микроструктуре композитов наблюдаются как неразделенные, запутанные пучки / агрегаты ОУНТ, так и отдельные нанотрубки, которые вместе образуют непрерывную армирующую структуру. Кроме того, ОУНТ приводят к измельчению микроструктуры композитов, средний размер зерна композитов на 16 % ниже, чем у керамики ZrO2. Методом рентгенофазового анализа было установлено, что в керамике ZrO2 и композитах с ОУНТ присутствуют только высокотемпературные модификации диоксида циркония (кубическая и тетрагональная) и, что ОУНТ приводят к незначительному уменьшению размеров областей когерентного рассеяния. Методом индентирования по Виккерсу установлено, что композит на основе ZrO2 с 0.5 мас.% ОУНТ является оптимальным по физико-механическим свойствам, так как он обладает самой высокой микротвердостью (13.6 ГПа, что на 6 % выше, чем у керамики ZrO2) и имеет повышенную на 12 % трещиностойкость.

Ссылки (21)

1. Y. Arai, R. Inoue, K. Goto, Y. Kogo. Ceram. Int. 45, 14481 (2019). Crossref
2. N. Yu. Cherkasova, A. A. Bataev, S. V. Veselov, R. I. Kuzmin, N. S. Stukacheva, T. A. Zimoglyadova. Letters on Materials. 9 (2), 179 (2019). (in Russian) [Н. Ю. Черкасова, А. А. Батаев, С. В. Веселов, Р. И. Кузьмин, Н. С. Стукачева, Т. А. Зимоглядова. Письма о материалах. 9 (2), 179 (2019).]. Crossref
3. M. Yu, O. Lourie, M. J. Dyer, K. Moloni, T. F. Kelly, R. S. Ruoff. Science. 287, 637 (2000). Crossref
4. A. Leonov, M. Kalashnikov, J. Li, E. Abdulmenova, M. Rudmin, Y. Ivanov. 2020 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). Tomsk, Russia (2020) 1169. Crossref
5. A. S. Buyakov, Y. A. Mirovoy, A. Yu. Smolin, S. P. Buyakova. Ceram. Int. 47, 10582 (2021). Crossref
6. R. Hassan, A. Nisar, S. Ariharan, F. Alam, A. Kumar, K. Balani. Mater. Sci. Eng. A. 704, 329 (2017). Crossref
7. S. Lamnini, C. Balázsi, K. Balázsi. Wear. 430 - 431, 280 (2019). Crossref
8. F. Rodríguez-Rojas, R. Cano-Crespo, O. Borrero-López, A. Domínguez-Rodríguez, A. L. Ortiz. J. Eur. Cer. Soc. 41, 3595 (2021). Crossref
9. I. Momohjimoh, N. Saheb, M. A. Hussein, T. Laoui, N. Al-Aqeeli. Ceram. Int. 46, 16008 (2020). Crossref
10. V. B. Kul’met’eva, S. E. Porozova, V. G. Gilev, D. S. Vokhmyanin. Refract. Ind. Ceram. 59, 599 (2019). Crossref
11. N. E. Hamidon, S. A. Molok, H. Manshor, A. Z. A. Azhar, N. A. Rejab, Z. A. Ahmad, A. M. Ali. AIP Conf. Proc. 2068, 020005 (2019). Crossref
12. A. A. Leonov, J. Li, M. P. Kalashnikov, M. A. Rudmin, O. L. Khasanov. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 1100, 012049 (2021). Crossref
13. A. Reyes-Rojas, C. Dominguez-Rios, A. Garcia-Reyes, A. Aguilar-Elguezabal, M. H. Bocanegra-Bernal. Mater. Res. Exp. 5, 105602 (2018). Crossref
14. A. A. Leonov, E. V. Abdulmenova. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 511, 012001 (2019). Crossref
15. A. Leonov. Mater. Today Proc. 11, 66 (2019). Crossref
16. G. R. Anstis, P. Chantikul, B. N. Lawn, D. B. Marshall. J. Am. Ceram. Soc. 64, 533 (1981). Crossref
17. A. A. Leonov, E. S. Dvilis, O. L. Khasanov, V. D. Paygin, M. P. Kalashnikov, M. S. Petukevich, A. A. Panina. Nanotechnol. Russia. 14, 118 (2019). Crossref
18. A. A. Leonov, A. O. Khasanov, V. A. Danchenko, O. L. Khasanov. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 286, 012034 (2017). Crossref
19. A. A. Leonov, E. V. Abdulmenova, M. P. Kalashnikov. Inorg. Mater. Appl. Res. 12, 482 (2021). Crossref
20. A. A. Leonov, Yu. F. Ivanov, M. P. Kalashnikov, E. V. Abdulmenova, V. D. Paygin, A. D. Teresov. J. Phys.: Conf. Ser. 1393, 012106 (2019). Crossref
21. A. A. Leonov, E. V. Abdulmenova, M. P. Kalashnikov, Ts. Li. Voprosy Materialovedeniya. 4 (104), 132 (2020). (in Russian) [А. А. Леонов, Е. В. Абдульменова, М. П. Калашников, Ц. Ли. Вопросы материаловедения. 4 (104), 132 (2020).]. Crossref

Другие статьи на эту тему