Высокопрочная керамика из диоксида циркония на основе тетрагональных твердых растворов Комоликов Юрий Иванович

Содержание к диссертации

Введение

Литературный обзор. Кристаллическая структура, физико- химические свойства и технология получения керамических материалов из диоксида циркония

1. Физико-химические свойства диоксида циркония

2. Синтез твердых растворов на основе диоксида циркония

3. Технология керамики из порошков твердых растворов на основе 2Ю₂

4. Концепция трансформационного упрочнения

5. Выводы

6. Постановка задачи Методы исследования

7. Рентгенофазовый и элементный анализ

8. Оптическая и электронная микроскопия

9. Определение удельной поверхности и среднего размера зерна порошков

10. Определение механических свойств

11. Определение усадки при спекании, плотности и пористости образцов

Синтез порошков Zr02 для получения высокопрочной керамики

1. Технология получения порошков твердых растворов диоксида циркония методом совместного осаждения компонентов

2. Исходные материалы

3. Подготовка растворов и контроль состава

4. Термообработка осадков

5. Измельчение порошков

6. Кислотная отмывка измельченного материала

7. Выводы

Реологические свойства шликеров

из субмикронных порошков тетрагонального диоксида

циркония

1. Приготовление шликера

2. Свойства шликеров и сформованных заготовок

3. Вязкость шликеров

4. Выводы

Получение прочной керамики из диоксида циркония методом закалки и отпуска

1. Выбор составов и получение опытных образцов методом закалки и отпуска

2. Свойства образцов

3. Выводы

Высокопрочная керамика из 2г0₂, полученная спеканием в области существования тетрагональной фазы

1. Керамика с повышенной прочностью в системе - У₂0₃

2. Керамика с повышенной прочностью в системе Zr0₂ - УЪ₂0₃

3. Керамика с повышенной прочностью в системе Zr0₂ - У₂0₃-Са0 - MgO

4. Термостойкая керамика в системе Zr0₂ - У₂0з

5. Выводы

Получение прочных микропористых керамических материалов на основе Zr0₂

1. Синтез керамических микропористых образцов в системах Zr0₂ -А1₂0₃ и Т,х0₂ -А1₂0з-С

2. Свойства керамических микропористых образцов в системе Zr0₂ -А1₂0з

3. Микроскопическое исследование микропористых керамических образцов в системе 2Ю₂-А1₂0з

4. Исследование свойств микропористых керамических образцов в системе 7г0₂-А1₂0₃ -С

5. Микроскопическое исследование керамических образцов в системе Zr0₂ -А1₂0₃- С

6. Исследование структуры и свойств микропористых керамических диафрагм на основе оксидов Zr0₂ и А1₂0з

Выводы

Заключение

Список использованной литературы

Приложения:

6. 1. Акт испытания волочильного инструмента на кафедре ОМД УГТУ-УПИ

   2. Акт внедрения волочильного инструмента на Первоуральском новотрубном заводе

   3. Акт внедрения керамики для датчиков контроля кислорода

   4. Акт испытания волочильного инструмента на Ревдинском заводе ОЦМ

   5. Акт об использовании и внедрении плавающих оправок из диоксида циркония на Ревдинском заводе ОЦМ

   6. Акт об использовании предложения «Способ получения высокопрочного керамического материала».

   7. Письмо профессора Такехико Такахаши (Япония) об использовании керамических ножей из 2Ю₂

   8. Акт внедрения прочных микропористых диафрагм на НПО «Экран», г. Москва.

   9. Акт приемки установки в институте «ВНИИэнергоцветмет»

   10. Акт внедрения технологии и изделий из тетрагонального диоксида циркония на ООО «Керамика», г. Екатеринбург

   Введение к работе

   Актуальность темы. Растущий спрос на конструкционную керамику концентрируется в областях, где решающими факторами являются износостойкость, механическая прочность и химическая стойкость. [1] Керамические материалы из диоксида циркония обладают высокой механической прочностью, трещиностойкостью, повышенной твердостью, ударной вязкостью, низкой теплопроводностью, химической инертностью и сохраняют сопротивление коррозии и эрозии при повышенных температурах. Высокая прочность такой керамики обусловлена сохранением в материале метастабильной тетрагональной фазы, способной претерпевать полиморфный тетрагонально- моноклинный переход в поле механических напряжений. [3,4] Переход тетрагональной фазы в моноклинную, происходящий по мартенситному типу и сопровождающийся снижением плотности, приводит к созданию упругонапряженного состояния в керамике. Это с одной стороны тормозит дальнейший распад тетрагональной фазы, а с другой - препятствует развитию трещины через границу различных фаз, что обусловлено поглощением энергии. [5] За рубежом, начиная с 1984 года, организовано производство высокопрочной керамики на основе Тх:0₂, однако патентная и научно-техническая литература содержит мало информации о технологии керамики и носит иллюстративно- рекламный характер. В России промышленного выпуска такой керамики не организовано и публикаций о ее разработке недостаточно. В связи с этим разработка технологии керамики на основе Тх0₂ и изготовление высококачественной керамики является актуальным с точки зрения создания конкурентноспособных технологий.

   Цель работы - разработка технологии высокопрочных плотных и микропористых керамических материалов на основе диоксида циркония.

   Научная новизна

   1. Впервые изучено изменение удельной поверхности и фазового состава порошков тетрагональных твердых растворов в системе 2г0₂-УЬ₂0з в интервале концентраций УЬ₂0з 2-Й,5 мол.%, полученных методом химического осаждения гидроксидов аммиаком, в зависимости от температуры термообработки осадков. Определены технологические параметры процесса осаждения и термообработки, позволяющие получить дисперсные порошки тетрагональной модификации.

   Впервые проведено изучение реологических свойств суспензий из порошков тетрагонального диоксида циркония и установлены оптимальные параметры суспензии - концентрация твердой фазы и рН среды для получения качественных заготовок. Показано, что шликер из порошков тетрагонального 2г0₂ имеет максимальную стабильность при рН=1,8.

   Установлены величины критических размеров зерен керамики, при которых достигаются максимальные прочностные свойства, для концентрационного интервала 2-^4,5 мол.% стабилизаторов У₂0з и УЪ₂0₃ Для материалов системы 2Ю₂ - У₂0₃ критические размеры зерен равны: -0,55 мкм при концентрации У₂0з 2 мол.%, ~0,8 мкм - 2.5 мол.% , 1-1,1 мкм - 3 мол.% , 1,3-1,5 мкм - 4 мол.%.

   В системе 2г0₂ - У₂0₃ разработаны составы и получены керамические материалы с повышенными термомеханическими свойствами. В основе повышения высокотемпературной прочности и термостойкости лежит использование в качестве исходного сырья смеси порошков Хг0₂ с разными концентрациями (>2 и <2 мол.%) стабилизатора У₂0з, что позволяет расширить температурный интервал упрочняющего тетрагонально-моноклинного превращения.

   Впервые получены керамические материалы в системах 2г0₂ - У₂0₃ и Zr0₂ - УЬ₂0₃ с повышенными термомеханическими свойствами методом закалки высокотемпературной кубической фазы и последующего отпуска в атмосферах воздуха и вакуума.

   Впервые изучено влияние концентрации А1₂0з на свойства и структуру микропористых керамических материалов в системе 7г0₂ -АЬ0₃. Показано, что с увеличением содержания А1₂0з микроструктура материалов претерпевает преобразования от плотной и однородной ^Ю₂) к полифракционной и пористой (20-40 масс.%А1₂0₃) до однородной, высокопористой и микрозернистой (60% А1₂0₃).

   Практическая ценность работы

   Полученные в работе результаты позволили создать работоспособный волочильный инструмент, термостойкие твердые электролиты и микропористые диафрагмы для электрохимических реакторов на основе диоксида циркония. На Среднеуральском медеплавильном заводе, Первоуральском новотрубном заводе и Ревдинском заводе ОЦМ проведены промышленные испытания изделий, изготовленных по разработанной технологии. Разработанная технология высокопрочной керамики из диоксида циркония реализована на участке спецкерамики института "ВНИИэнергоцветмет" (200 кг изделий в год) и в проектах участков керамического инструмента для обработки металлов на Ревдинском заводе ОЦМ (1т изделий в год) и Первоуральском новотрубном заводе (1 т изделий в год).

   Производство микропористых керамических диафрагм организовано на НПП «Керамика», г.Екатеринбург. Диафрагмы используются для изготовления проточных электрохимических модульных элементов ПЭМ и реакторов РПЭ на НПО «Экран», г.Москва.

   Похожие диссертации на Высокопрочная керамика из диоксида циркония на основе тетрагональных твердых растворов

   

   Получение, фазовый состав и механические свойства пористой керамики на основе плазмохимического диоксида цирконияБуякова Светлана Петровна

   

   Повышение сопротивления замедленному разрушению керамики на основе оксида алюминия в водных растворахИванов Николай Викторович

   Разработка технологии получения горячепрессованных керамических материалов на основе диоксида цирконияВласов, Александр Викторович

   

   Разработка технологии получения и исследование свойств уплотнительных срабатываемых покрытий на основе стабилизированного диоксида цирконияГаллямов Ринат Талгатович

   

   Магнезиальное вяжущее на основе шлама бисульфитного раствора - отхода целлюлозно-бумажной промышленностиБелимова, Ольга Анатольевна

   

   Текстурированная стеклокерамика на основе борогерманата лантана и стилвеллитоподобных твердых растворовОрлова Елена Валерьевна

   Синтез и исследование твердых растворов титаносиликатов щелочноземельных металлов и получение глушеных глазурей на их основеТуйметов, Бахтияр Шапулатович

   

   Технология шликерного литья керамики из диоксида олова, её свойства и применениеАстанина, Галина Ивановна

   

   Огнеупоры из диоксида циркония для металлургииСакулина Ирина Владимировна

   

   Состав высокоосновных алюмоферритных фаз и процессы клинкерообразования в присутствии диоксидов титана и цирконияМишин Дмитрий Анатольевич