Российские нанотехнологии. 2018; 13: 64-68
МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ «НАНОМАТЕРИАЛЫ И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ» (NLS-2018), КАЗАНЬ, 2018
Аннотация
В работе изучена связь между условиями синтеза, структурой и свойствами разработанной авторами инженерной наноструктурированной композитной циркониевой керамики на основе бадделеита (природного минерала диоксида циркония) и модифицирующих добавок. Разработанные композиты обладают высокими физико-механическими свойствами, по уровню не уступающими, а по ряду качеств даже превосходящими аналогичные керамики из преципитированного диоксида циркония (плотность — до 0.95 от теоретической; твердость — до 12 ГПа, модуль Юнга — 220 ± 15 ГПа; вязкость разрушения — до 9 МПа∙м0.5). Показано, что введение углеродных нанотрубок (УНТ) изменяет физико-механические свойства полученных керамик — несколько снижает твердость, но при этом происходит рост вязкости разрушения KC (более чем на 10 %).
Список литературы
1. Basu B., Balani K. Advanced Structural Ceramics. Wiley. 2011. 512 p.
2. Bartolome J.F., De Aza A.H., Marten A., Pastor J.Y., Llorca J., Torrecillas R., Bruno G. Alumina/zirconia micro/nanocomposites: a new material for biomedical applications with superior sliding wear resistance // J. American Ceram. Soc. 2007. V. 90. № 10. P. 3177–3184.
3. Palmero P. Structural ceramic nanocomposites: a review of properties and powders synthesis methods // Nanomaterials. 2015. № 5. P. 656–696.
4. Zhigachev A.O., Umrikhin A.V., Golovin Yu.I. The effect of calcia content on phase composition and mechanical properties of Ca-TZP prepared by high-energy milling of baddeleyite // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 13804–13809.
5. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Prog. Mat. Sci. 2001. V. 46. P. 1–184.
6. Zhigachev A.O., Umrikhin A.V., Golovin Yu.I., Farber B.Ya. Preparation of nanocrystalline calcia‐stabilized tetragonal zirconia by high‐energy milling of baddeleyite // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2015. V. 12. P. E82–E89.
7. Xue W., Xie Z., Yi J., Wang C.A. Spark plasma sintering and characterization of 2Y-TZP ceramics // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 4829–4835.
8. Bocanegra-Bernal M.H., Dominguez-Rios C., Echeberria J., Reyes-Rojas A., Garcia-Reyes A., Aguilar-Elguezabal A. Spark plasma sintering of multi-, single/double- and single-walled carbon nanotube-reinforced alumina composites: is it justifiable the effort to reinforce them? // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 1. P. 2054–2062.
9. Калинников В.Т., Лебедев В.Р., Локшин Э.П., Ляхов В.П., Попович В.Ф. Технология получения диоксида циркония особой чистоты из бадделеитового концентрата АО «Ковдорский ГОК» // Физико-химические проблемы создания новых конструкционных керамических материалов. Сыктывкар. 2002. С. 227–232.
10. Lu K. Sintering of nanoceramics // Int. Mat. Rev. 2008. V. 53. P. 21–38.
11. Жигачев А.О., Головин Ю.И. Наноструктурированная циркониевая керамика на основе отечественного сырья-бадделеита // Российские нанотехнологии. 2017. Т. 12. № 7–8. С. 71–79.
12. Cooper C.A., Young R.J., Halsal M. Investigation into the deformation of carbon nanotubes and their composites through the use of Raman spectroscopy // Composites: Part A. 2001. V. 32. P. 401–411.
13. Golovin Yu.I. Nanoindentation and mechanical properties of solids in submicrovolumes, thin near-surface layers and films: Review // Phys. Solid State. 2008. V. 50. P. 2205–2236.
14. Alcala J. Instrumented micro-indentation of zirconia ceramics // J. Amer. Ceram. Soc. 2000. V. 83. № 8. P. 1977–1984.
15. Федосова Н.А., Кольцова Э.М., Попова Н.А., Жариков Е.В. Керамоматричные композиты, армированные углеродными нанотрубками: искровое плазменное спекание, моделирование, оптимизация // Новые огнеупоры. 2015. № 12. С. 13–17.
Title in english. 2018; 13: 64-68
МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ «НАНОМАТЕРИАЛЫ И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ» (NLS-2018), КАЗАНЬ, 2018
Abstract
В работе изучена связь между условиями синтеза, структурой и свойствами разработанной авторами инженерной наноструктурированной композитной циркониевой керамики на основе бадделеита (природного минерала диоксида циркония) и модифицирующих добавок. Разработанные композиты обладают высокими физико-механическими свойствами, по уровню не уступающими, а по ряду качеств даже превосходящими аналогичные керамики из преципитированного диоксида циркония (плотность — до 0.95 от теоретической; твердость — до 12 ГПа, модуль Юнга — 220 ± 15 ГПа; вязкость разрушения — до 9 МПа∙м0.5). Показано, что введение углеродных нанотрубок (УНТ) изменяет физико-механические свойства полученных керамик — несколько снижает твердость, но при этом происходит рост вязкости разрушения KC (более чем на 10 %).
References
1. Basu B., Balani K. Advanced Structural Ceramics. Wiley. 2011. 512 p.
2. Bartolome J.F., De Aza A.H., Marten A., Pastor J.Y., Llorca J., Torrecillas R., Bruno G. Alumina/zirconia micro/nanocomposites: a new material for biomedical applications with superior sliding wear resistance // J. American Ceram. Soc. 2007. V. 90. № 10. P. 3177–3184.
3. Palmero P. Structural ceramic nanocomposites: a review of properties and powders synthesis methods // Nanomaterials. 2015. № 5. P. 656–696.
4. Zhigachev A.O., Umrikhin A.V., Golovin Yu.I. The effect of calcia content on phase composition and mechanical properties of Ca-TZP prepared by high-energy milling of baddeleyite // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 13804–13809.
5. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Prog. Mat. Sci. 2001. V. 46. P. 1–184.
6. Zhigachev A.O., Umrikhin A.V., Golovin Yu.I., Farber B.Ya. Preparation of nanocrystalline calcia‐stabilized tetragonal zirconia by high‐energy milling of baddeleyite // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2015. V. 12. P. E82–E89.
7. Xue W., Xie Z., Yi J., Wang C.A. Spark plasma sintering and characterization of 2Y-TZP ceramics // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 4829–4835.
8. Bocanegra-Bernal M.H., Dominguez-Rios C., Echeberria J., Reyes-Rojas A., Garcia-Reyes A., Aguilar-Elguezabal A. Spark plasma sintering of multi-, single/double- and single-walled carbon nanotube-reinforced alumina composites: is it justifiable the effort to reinforce them? // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 1. P. 2054–2062.
9. Kalinnikov V.T., Lebedev V.R., Lokshin E.P., Lyakhov V.P., Popovich V.F. Tekhnologiya polucheniya dioksida tsirkoniya osoboi chistoty iz baddeleitovogo kontsentrata AO «Kovdorskii GOK» // Fiziko-khimicheskie problemy sozdaniya novykh konstruktsionnykh keramicheskikh materialov. Syktyvkar. 2002. S. 227–232.
10. Lu K. Sintering of nanoceramics // Int. Mat. Rev. 2008. V. 53. P. 21–38.
11. Zhigachev A.O., Golovin Yu.I. Nanostrukturirovannaya tsirkonievaya keramika na osnove otechestvennogo syr'ya-baddeleita // Rossiiskie nanotekhnologii. 2017. T. 12. № 7–8. S. 71–79.
12. Cooper C.A., Young R.J., Halsal M. Investigation into the deformation of carbon nanotubes and their composites through the use of Raman spectroscopy // Composites: Part A. 2001. V. 32. P. 401–411.
13. Golovin Yu.I. Nanoindentation and mechanical properties of solids in submicrovolumes, thin near-surface layers and films: Review // Phys. Solid State. 2008. V. 50. P. 2205–2236.
14. Alcala J. Instrumented micro-indentation of zirconia ceramics // J. Amer. Ceram. Soc. 2000. V. 83. № 8. P. 1977–1984.
15. Fedosova N.A., Kol'tsova E.M., Popova N.A., Zharikov E.V. Keramomatrichnye kompozity, armirovannye uglerodnymi nanotrubkami: iskrovoe plazmennoe spekanie, modelirovanie, optimizatsiya // Novye ogneupory. 2015. № 12. S. 13–17.
