РАЗДЕЛ 2
Материалы, оборудование, методика эксперимента
2.1. Исходные материалы и методика эксперимента
В качестве исходных материалов использовались:
* Порошки смесей гидроксидов циркония и иттрия производства Вольногорского
государственного горно-металлургического комбината (ВГГМК), Днепропетровского
государственного химико-технологического университета (ДГХТУ) и Института общей
и неорганической химии НАН Украины, г. Киев (ИОНХ), полученные совместным
осаждением из водных растворов солей водным раствором аммиака. Получаемый из
гидроксидов производства ВГГМК твердый раствор имеет состав (масс. %, данные из
проспекта ВГГМК): Y2O3 – 6 ± 1; Al2O3 Ј 0,05; Fe2O3 Ј 0,05; SiO2 Ј 0,2; TiO2 Ј
0,2; Na2O Ј0,01. Так как для приготовления порошков в ДГХТУ и в ИОНХ
использовали соли циркония производства ВГГМК, содержание примесей в этих
порошках в целом такое же.
* Порошки смеси гидроксида циркония и водонерастворимого соединения магния,
полученные совместным осаждением из водных растворов солей водным раствором
карбоната аммония производства ДГХТУ.
* Порошки твердого раствора ZrO2 – Y2O3, полученные золь-гель способом с
последующим обжигом гидроксидов (ДГХТУ).
* Порошки твердого раствора ZrO2 – 1,5 мол. % Y2O3, приготовленные методом
плазмохимического синтеза (ПХС) производства Киевского политехнического
института.
* Промышленный порошок TZ – 3YB производства TOSOH Co (Япония), имеющие состав
(масс. %): Y2O3 - 5,1560,20; Al2O3 Ј 0,1; Fe2O3 Ј 0,01; SiO2 Ј 0,02; Na2O Ј
0,04; площадь удельной поверхности - 1663 м2/г. Порошок TZ – 3YB содержит
технологическую связку (binder), полностью удаляемую при спекании.
* Промышленный порошок ZY – 01 производства Saint Gobain Co (Франция), имеющие
состав: ZrO2 – 92 масс. %, Y2O3 – 5 масс. %, (CaO, MgO, TiO2) – 1 масс. %, 2
масс. % - потери при прокаливании.
Эксперименты проводились на порошках, компактах и керамических материалах,
представляющих собой твердые растворы ZrO2 – Y2O3 или ZrO2 – MgO. Если
эксперименты проводились на порошках или компактах, то исходные материалы, уже
представляющие собой порошки твердых растворов, никак не обрабатывались; а
представляющие собой совместно осажденные смеси гидроксидов или других
водонерастворимых соединений с целью разложения исходных соединений и синтеза
твердых растворов оксидов обжигались в печи сопротивления. Когда объектом
исследования являлась керамика, обжигу предшествовала специальная операция,
которая заключалась в обработке исходного порошка смеси гидроксидов в
лабораторной планетарной мельнице «Санд – 1» при различных режимах помола и
средах. Мелющие тела и футеровка камер для помола были изготовлены из Y – ЧСДЦ
для предотвращения намола постороннего вещества. Полученная в результате помола
суспензия высушивалась в сушильном шкафу до полного удаления жидкости,
полученный порошок растирался в ступке, просеивался через сито и обжигался.
Компактирование проводилось холодным изостатическим прессованием (ХИП) в
лабораторном прессе УВД – 1 производства ОП ДонФТИ АН УССР мультипликационного
способа действия. Средой, передающей давление, являлось масло «Индустриальное –
20». Прессование осуществлялось в соответствии с А. с. СССР № 1433804
«Пресс-форма установки гидростатического прессования изделий из порошковых
материалов», приоритет от 7 марта 1986 г. Для предотвращения контакта порошка с
передающей давление жидкостью заполнивший пресс-форму порошок помещался в
латексную оболочку (медицинский напальчник), вакуумировался и герметизировался.
После операции ХИП порошковый компакт извлекался из латексной и бумажной
оболочек. Схема холодного изостатического прессования порошков изображена на
рис. 2.1.
Рис. 2.1 Схема холодного изостатического прессования порошков.
1. Плунжер пресса;
2. Шток, передающий давление на жидкость;
3. Контейнер высокого давления;
4. Жидкость, передающая давление;
5. Изолирующая и формообразующая оболочки;
6. Порошок;
7. Заглушка контейнера;
8. Опорная неподвижная плита пресса.
Для придания порошковому компакту правильной геометрической формы он
обрабатывался алмазным шлифовальным кругом АСО 125\100 - Б1 – 100 ГОСТ 16172 –
70 при скорости вращения 1000 об/мин.
Подготовленный подобным образом компакт уже представлял собой объект
исследования. Если эксперименты должны были проводиться на керамическом
образце, подготовленный компакт спекался до плотности, близкой к теоретической,
в электрической печи сопротивления «Эмитрон» с нагревательными элементами из
хромита лантана LaCrO3. Температура при спекании контролировалась термопарой
PtRh6/PtRh30, введенной через термопарный ввод печи до контакта с тиглем.
Температура холодного спая термопары принималась равной комнатной, которая
измерялась спиртовым термометром.
Рентгеновский фазовый анализ осуществлялся с использованием рентгеновского
дифрактометра ДРОН – 3М при комнатной температуре и атмосферном давлении,
применялось излучение Cu Kб. Количественный расчет проводился согласно
методике, описанной в [54 - 57]:
Молярный или массовый процент моноклинной фазы (Xm) вычислялся по формуле:
(2.1)
где I(hkl) - интегральная интенсивность соответствующего рентгеновского пика,
подстрочный индекс указывает фазу, I(111)t+c=I(111)t+I(111)c. Если необходимо
знать объемный процент (Pm) моноклинной фазы, его легко вычислить по формуле:
(2.2)
Значение P зависит от состава твердого раствора (для различных составов твердых
растворов фазы имеют различные плотности). Для состава ZrO2 – 3 мол. % Y2O3
значение P составляет 1,337 [58].
Молярный или массовый процент кубической фазы Xc вычисляют по формуле
(2.3)
Объемный процент кубической фазы определяют по
- Київ+380960830922