Systems. Methods. Technologies 3 (39) 2018

Системы Методы Технологии. С.А. Гынгазов и др. Влияние добавки … 2018 № 3 (39) с. 159-163 159 УДК 537.226.3 DOI: 10.18324/2077-5415-2018-3-159-163 Влияние добавки нанопорошка оксида кремния на эффективность уплотнения при термическом спекании циркониевой керамики С.А. Гынгазов a , С.А. Шевелев b Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина 30, Томск, Россия a ghyngazov@tpu.ru , b wevelev@tpu.ru a https://orcid.org/0000-0002-2524-9238, b https://orcid.org/0000-0002-3968-2227 Статья поступила 16.07.2018, принята 9.08.2018 Объектом исследования является керамика на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Изучены вопросы влияния керамических добавок иного состава на механические характеристики керамики. В отличие от проведенных ранее исследований, в которых изучалось влияние добавки оксида висмута, в данной работе исследовано влияние добавки ди- оксида кремния, полученного методом электронно-лучевого испарения, на плотность порошковых компактов и механические свойства керамики на основе диоксида циркония. Средний размер частиц диоксида кремния был 23 нм, максимальный размер не превышал 50 нм. В качестве исходного использовался ультрадисперсный порошок частично стабилизированного диоксида циркония 97ZrO 2 -3Y 2 O 3 (моль%), полученный методом разложения водных растворов азотнокислых солей циркония и иттрия в плазме высокочастотного разряда. Введение добавки диоксида циркония в исходный порошок производилось путем просто- го механического перемешивания с многократным промежуточным просеиванием через сито, количество варьировалось в диапазоне 5–30 масс.%. Кинетические процессы усадки исследовались методом дилатометрии. Установлено, что увеличение количества добавки приводит к снижению плотности порошковых компактов. Показано, что рост количества добавки SiO 2 приводит к увеличению скорости уплотнения компактов при спекании и снижению температуры, соответствующей макси- мальной скорости уплотнения. При увеличении количества добавки SiO 2 механические свойства спеченной керамики ухудша- ются. Имеет место уменьшение как плотности керамики, так и ее микротвердости. Полученный композит ZrO 2 -SiO 2 обла- дает сравнительно высокими механическими характеристиками. Показано, что введение добавки нанопорошка диоксида кремния приводит к увеличению линейных размеров образцов при термическом спекании на стадии изотермической выдерж- ки, что вызвано расширением газов, заключенных в объеме закрытых пор. Ключевые слова: циркониевая керамика; электронно-лучевое испарение; нанопорошок; дилатометрия; спекание керамики. Effect of silicon oxide nanopowder additive on compaction efficiency at thermal sintering of zirconium ceramics S.A. Ghyngazov a , S.A. Shevelev b National Research Tomsk Polytechnic University; 30, Lenin Ave., Tomsk, Russia a ghyngazov@tpu.ru , b wevelev@tpu.ru a https://orcid.org/0000-0002-2524-9238, b https://orcid.org/0000-0002-3968-2227 Received 16.07.2018, accepted 9.08.2018 The object of the study is ceramics based on zirconium dioxide stabilized with yttrium oxide. The problems of the influence of ceramic additives of a different composition on the mechanical characteristics of ceramics have been studied. In contrast to previous studies, in which the effect of the addition of bismuth oxide has been studied, the effect of the addition of silicon dioxide obtained by electron-beam evaporation on the density of powder compacts and the mechanical properties of ceramics based on zirconium dioxide has been studied in this paper. The average particle size of the silica was 23 nm. The maximum size did not exceed 50 nm. The ultrafine powder of partially stabilized zirconium dioxide 97ZrO 2 -3Y 2 O 3 (mol%), obtained by decomposition of aqueous solutions of nitric acid salts of zirconium and yttrium in a high-frequency discharge plasma, was used as a starting material. The addition of zirconia to the original powder was carried out by simple mechanical agitation with multiple intermediate sieving through a sieve, the amount being varied in the range of 5-30% by weight. Kinetic shrinkage processes were investigated by dilatometry. It was found that an increase in the amount of the additive leads to a decrease in the density of powder compacts. It is shown that an increase in the amount of SiO2 additive leads to an increase in the compacting rate of compacts during sintering and a decrease in temperature corresponding to the maximum compaction rate. As the amount of the SiO 2 additive increases, the mechanical properties of the specific ceramics deteriorate. There is a decrease in both the density of the ceramic and its microhardness. The resulting ZrO2-SiO2 composite exhibits relatively high mechanical characteristics. It is shown that the addition of a silicon dioxide nanopowder additive results in an increase in the linear dimensions of the samples during thermal sintering at the isothermal aging stage, which is caused by the expansion of gases enclosed in the volume of closed pores. Keywords: zirconium ceramics; electron-beam evaporation; nanopowder; dilatometry; sintering of ceramics.