1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 8, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 8, стр. 107-112

Трещиностойкая композиционная керамика на основе диоксида циркония с повышенной твердостью приповерхностного слоя

А. А. Дмитриевский a, *, Д. Г. Жигачева a, Н. Ю. Ефремова a, В. М. Васюков a, Г. В. Григорьев a

a Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина
392000 Тамбов, Россия

* E-mail: aadmitr@yandex.ru

Поступила в редакцию 22.11.2022
После доработки 05.01.2023
Принята к публикации 05.01.2023

Аннотация

С использованием сравнительно экономичного метода порошковой металлургии изготовлена двухслойная композиционная керамика на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом кальция, и упрочненного оксидом алюминия (Ca-ATZ). Один из слоев содержал добавку диоксида кремния (Ca-ATZ + SiO2). Исследованы структура, элементный и фазовый состав, а также комплекс механических свойств образцов в окрестности границы раздела слоев Ca-ATZ/Ca-ATZ + SiO2. Показано, что наличие резкой границы раздела слоев с разным элементным составом не вызывало структурных нарушений (появления пор, трещин и других макроскопических дефектов, способствующих ухудшению прочностных свойств) или изменений фазового состава (более 90% диоксида циркония в обоих слоях находилось в тетрагональной фазе, что обеспечивало высокую роль трансформационного механизма упрочнения). Продемонстрированное сохранение структурной целостности и соотношения моноклинной, тетрагональной и кубической фаз диоксида циркония при формировании резкой границы раздела указанных слоев, обеспечивает возможность изготовления керамики на основе диоксида циркония с тонким (100–200 мкм) модифицированным слоем. С учетом различия механических свойств Ca-ATZ и Ca-ATZ + SiO2 керамики, это обеспечивает основному материалу (содержащему SiO2) повышенную вязкость разрушения (с коэффициентом интенсивности напряжений не менее 12 МПа · м1/2), а приповерхностному слою (не содержащему SiO2) – высокую нанотвердость (не ниже 14 ГПа).

Ключевые слова: двухслойная композиционная керамика, микроструктура, фазовый состав, модификация поверхности, твердость, вязкость разрушения, граница раздела составов.

Список литературы

  1. Surface Modification of Biomaterials. Methods Analysis and Applications / Ed. Williams R. Woodhead Publishing, 2011.

  2. Surface Modification by Solid State Processing / Ed. Miranda R. Woodhead Publishing, 2014.

  3. Jain I.P., Agarwal G. // Surf. Sci. Rep. 2011. V. 66. P. 77. https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2010.11.001

  4. Egerton R.F // Micron. 2019. V. 119. P. 72. https://doi.org/10.1016/j.micron.2019.01.005

  5. Ushakov I.V. // Proc. SPIE. Nanodesign Technol. Computer Simulations. 2007. V. 6597. P. 659714. https://doi.org/10.1117/12.726773

  6. Ushakov I.V., Feodorov V.A., Permyakova I.J. // Proc. SPIE. Int. Soc. Optical Engineer. 2004. V. 5400. P. 265. https://doi.org/10.1117/12.555529

  7. Tao F., Liu Y., Ren X., Wang J., Zhou Y., Miao Y., Ren F., Wei Sh., Ma J. // J. Energy Chem. 2022. V. 66. P. 397. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2021.08.022

  8. Alagatu A., Dhapade D., Gajbhiye M., Panjrekar R., Raut A. // Mater. Today: Proc. 2022. V. 60. P. 2245. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.338

  9. Koizumi M. // Ceram. Eng. Sci. Proc. 1992. V. 13. P. 333. https://doi.org/10.1002/9780470313954.ch33

  10. Miyamoto Y., Kaisser W., Rabin B.H., Kawasaki A., Ford R.G. Functionally Graded Materials: Design, Processing, and Applications. New York: Springer Science & Business Media, 1999.

  11. Pasha A., Rajaprakash B.M. // Mater. Today: Proc. 2022. V. 52. P. 379. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.066

  12. Sun J., Ye D., Zou J., Chen X., Wang Y., Yuan J., Liang H., Qu H., Binner J., Bai J. // J. Mater. Sci. Technol. 2023. V. 138. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.06.039

  13. Sam M., Jojith R., Radhika N. // J. Manuf. Process. 2021. V. 68. P. 1339. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.06.062

  14. Besisa D.H.A., Ewais E.M.M. // Mater. Res. Express. 2019. V. 6. P. 075516. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab177e

  15. Ewais E.M.M., Besisa D.H.A., Zaki Z.I., Kandil A.E.H.T. // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. P. 1561. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.01.016

  16. Dmitrievskii A.A., Zhigachev A.O., Zhigacheva D.G., Rodaev V.V. // Tech. Phys. 2020. V. 65. № 12. P. 2016. https://doi.org/10.1134/S1063784220120075

  17. Dmitrievskiy A.A., Zhigacheva D.G., Vasyukov V.M., Ovchinnikov P.N. // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2103. P. 012075. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2103/1/012075

  18. Dmitrievskiy A.A., Zhigacheva D.G., Grigoriev G.V., Ovchinnikov P.N. // J. Surf. Invest. X-Ray. Synchrotron and Neutron Techn. 2021. V. 15. V. 1. P. S137. https://doi.org/10.1134/S1027451022020264

  19. Anstis G.R., Chantikul P., Lawn B.R., Marshall D.B. // J. Am. Ceram. Soc. 1981. V. 64. № 9. P. 533. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1981.tb10320.x

  20. Zhang F., Lin L.F., Wang E.Z. // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 2417. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.06.081

  21. Garvie R.C., Hannink R.H.J., Pascoe R.T. // Nature. 1975. V. 258. P. 703. https://doi.org/10.1038/258703a0

  22. Hannink R.H.J., Kelly P.M., Muddle B.C. // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V. 83. № 3. P. 461.https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01221.x

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал