РАЗДЕЛ 2
Объекты и методы исследования
2.1. Исследуемые материалы.
Изучение закономерностей структурных и фазовых превращений материала, в котором
изменение структуры исходного объекта проявляет себя после нескольких этапов
обработки или на ее конечной стадии, требует структурных и фазовых исследований
на каждом промежуточном образце. Представляет интерес вопрос о влиянии
исходного состояния порошка (фазового состава, гранулометрического состава,
легирования и т.д.) на физико-механические свойства керамики на основе ZrO2,
поэтому в качестве объектов исследования были взяты:
гидроксид циркония, гидроксид иттрия, их совместноосажденная комбинация
(соответствующая порошку, содержащему 3 мол% оксида иттрия) в исходном варианте
и после влияния на нее различных физических воздействий (при необходимости
использовалось и другое процентное содержание оксида иттрия);
гидроксиды циркония-иттрия на различных стадиях процесса дегидратации;
нанопорошки диоксида циркония, стабилизированный иттрием, подвергнутый
различным вариантам термообработки и влиянию различных физических воздействий;
скомпактированные образцы из нанопорошков диоксида циркония, стабилизированного
иттрием;
керамика, спеченная из нанопорошков в исходном состоянии и после различного
вида физико-механической обработки;
в качестве отдельного объекта рассматривалась керамика на основе диоксида
циркония, стабилизированного иттрием, легированного дополнительно вторым
окислом (Cr, Pr и др.).
2.2. Физические методы воздействия.
Присущие системе ZrO2 – Y2O3 многофазность, термическая и механическая
метастабильность обеспечивают существенные колебания выходных характеристик
порошка и керамики в зависимости от вида воздействия. Процесс реализуется по
схеме: воздействие – структура (элемент структуры чувствительный к воздействию)
– свойства.
В качестве физических методов воздействий на объекты использовались:
СВЧ излучение с частотой 2,45 ГГц, мощностью 500 Вт и 5 кВт;
ультразвук частотой 18 – 22 кГц, мощностью 600 Вт и 10 кВт;
высокое гидростатическое давление до 2000 МПа;
импульсное магнитное поле напряженностью104 –106 А/м;
температурные воздействия в интервале 120 - 1600оС.
СВЧ обработка гидроксида циркония проводилась в печах «Электроника» мощностью
600 Вт с объемом камеры 20 л. и в СВЧ установке «Старт» мощностью 5 кВт с
объемом камеры 120 л. Печи были оборудованы изготовленной в отделе
гравиметрической установкой, позволяющей определять потерю массы образца при
СВЧ нагреве.
Диспергирование оксида циркония проводилось в режиме кавитации без приложения
избыточного давления при амплитуде колебаний конца магнитострикционного
преобразователя ПМС 15А-18, равной 15 мкм на частоте 18 кГц. Ультразвуковой
генератор УЗГ–10–22 работал в режиме с акустической обратной связью. Для
снижения загрязнения материалом контейнера обработка проводилась в титановом
контейнере, технологической жидкостью являлась дистиллированная вода.
Температура не превышала 60оС.
Деагломерация порошков гидроксида циркония проводилась в ультразвуковой камере
УЗВ – 04 мощностью 600 Вт с объемом ванны 1000см3 на частоте 22 кГц. Малая
рабочая мощность была выбрана для исключения агломерации частиц.
Процесс компактирования порошков высоким гидростатическим давлением в
помещенных в эластичный контейнер бумажных прессформах описан в работе [58] и
проводился в установках высокого давления УВД – 2 при давлениях от 50 до 2000
МПа. В качестве рабочей среды использовалось масло «Индустриальное - 20».
Вопросы негидростатического поведения жидкости при повышении давления в
настоящем случае не рассматриваются, хотя опыт с тонкостенной стеклянной
трубкой показал отсутствие сдвиговой составляющей давления, возникающей в
используемой среде при данных условиях эксперимента.
Источником ИМП служила установка МПД, созданная в отделе на базе генератора
ОИМП-101. Использовались слабые ИМП с амплитудой Н=104-105А/м, частотой
следования f = 0,5-10 Гц, фиксированной длительностью переднего фронта и
несимметричной формой импульса. Следует отметить, что энергия ИМП (mBH) при
указанных амплитудах на несколько порядков ниже тепловой энергии (kT)
обрабатываемого образца при комнатной температуре. В работе использовался
сложный режим обработки гидроксида циркония ИМП, состоящий из набора значений
Н, f и времён обработки.
Сушка гидрогеля производилась на воздухе при 120оС в термошкафу СНОЛ
3.5,3.5,3.5/И-2, либо в специальном контейнере из кварцевого стекла с
нагревателем. В случае сушки в ИМП контейнер помещался в соленоид или соленоид
- в сушильный шкаф.
2.3. Методы наблюдения
Для измерения структурных состояний порошков и керамики использовались
следующие методы:
1) измерение удельной поверхности по методу БЭТ;
2) дифференциально-термический анализ и термогравиметрия;
3) просвечивающая и растровая электронная микроскопия;
4) микрорентгеноспектральный анализ;
5) рентгенографический метод;
6) ЯМР спектроскопия;
7) измерение физико-механических свойств.
Метод определения удельной поверхности твердых тел, предложенный Брунауэром,
Эмметтом и Теллером [41], основан на теории полимолекулярной адсорбции газов на
поверхности твердого тела, в которой предполагается, что в случае обычной
адсорбции при помощи вандерваальсовских сил еще до полного завершения первого
монослоя может начаться формирование последующих молекулярных слоев. Среднее
время жизни молекулы в адсорбированном состоянии на поверхности твердого тела
не зависит от степени покрытия, а в адсорбированном состоянии на поверхности
уже имеющихся адсорбированных слоев не зависит и от толщины. Уравнение,
полученное на основании этих
- Київ+380960830922