Systems. Methods. Technologies 3 (39) 2018

Системы Методы Технологии. С.А. Гынгазов и др. Влияние добавки … 2018 № 3 (39) с. 159-163 161 Определение плотности спеченной керамики произ- водилось методом гидростатического взвешивания в дистиллированной воде на весах (Shimadzu AUW-220 D), оснащенных для этих целей специальной пристав- кой. Определение микротвердости керамических об- разцов проводили на микротвердомере ZHV1M фирмы Zwick (Германия). Нагрузка на индентор составляла 500 г, время выдержки под нагрузкой — 10 с. На по- верхность образцов наносилось не менее 10 отпечатков индентора. Экспериментальные результаты. В табл. 2 пред- ставлены плотности порошковых компактов для спека- ния образцов типов А–Г. В табл. 2: ρ пр — плотность прессовки; ρ гидр , Θ, H v — соответственно плотность, пористость и микротвердость спеченной керамики. На табл. 2 видно, что при увеличении доли SiO 2 плотность компактов снижается. Известно [32], что порошки, по- лученные электронно-лучевым испарением, характери- зуются малым размером частиц и избытком свободной энергии. Это приводит к объединению частиц в проч- ные конгломераты. Следовательно, снижение плотно- сти компактов при увеличении содержания SiO 2 объяс- няется увеличением доли относительно крупных и прочных конгломератов в объеме прессовки. Таблица 2 Характеристик исходных компактов и спеченных образцов керамики исследуемых типов Тип образца ρ пр , г/см 3 ρ гидр , г/см 3 Θ, % H v , ГПа Т м, °С Тип А 3,130 5,556 1,32 10,2 1 260,2 Тип Б 2,928 4,757 7,30 10,2 1 223,8 Тип В 2,744 4,543 6,95 8,1 1 203,2 Тип Г 2,120 3,235 5,58 6,8 1 197,3 Типичная кинетическая зависимость линейной усадки ΔL/L 0 для образцов исследуемых типов представлена на рис. 1. Путем нахождения первой производной для кри- вой определена Т м — температура, соответствующая мак- симальной скорости спекания. Значения Т м для образцов типов А–Г представлены в табл. 1. Рис. 1 . Типичная кинетическая зависимость линейной усадки: 1 — дилатометрическая кривая; 2 — первая производная кривой 1; 3 — температурная программа На рис. 2 представлены кинетические зависимости линейной усадки компактов исследуемых типов. На рис. 2 видно, что на стадии линейного нагрева образцы с добавлением SiO 2 демонстрируют увеличение скоро- сти уплотнения по сравнению с образцами без добавок, тем большее, чем больше величина добавки. На стадии изотермической выдержки для образцов типа А усадка продолжается при значительном снижении скорости, а размеры образцов типов Б, В и Г увеличиваются. По- добное поведение можно объяснить следующим меха- низмом [30; 33]. Наличие в исходном порошке SiO 2 крупных и прочных конгломератов приводит к образо- ванию в объеме прессовки большого количества за- крытых пор. При спекании компакта одновременно идут два процесса: межчастичное взаимодействие, приводящее к уплотнению образца за счет перемеще- ния и сращивания отдельных частиц, а также возраста- ние объема газовых пор. На стадии линейного нагрева межчастичный механизм уплотнения превалирует над увеличением объема газовых пор, что приводит к более интенсивному уплотнению образцов (рис. 2). Это под- тверждается снижением температуры Т м (табл. 2). На стадии изотермической выдержки роль расширения газовых пор возрастает. При этом для компактов без добавки SiO 2 (образцы типа А) расширения не наблю- дается, так как объем пор в них меньше, чем в образцах с добавкой (типы Б, В и Г), ввиду отсутствия крупных конгломератов, вносимых SiO 2 . Рис. 2 . Кинетические зависимости линейной усадки ΔL/L 0 компактов исследуемых типов: 1 — тип А; 2 — тип Б; 3 — тип В; 4 — тип Г; 5 — температурная программа Выводы Проведено исследование влияния добавки нанопо- рошока SiO 2 , полученного путем электронно-лучевого испарения, на механические свойства циркониевой керамики. При этом установлено следующее. Возрастание доли добавки нанопорошока SiO 2 от 5 до 30 % вызывает изменение характеристик компактов и спеченной керамики, а именно: 1) плотность порошковых компактов уменьшается от 2,928 до 2,120 г/см 3 , что вызвано ростом объема об- ладающих высокой плотностью конгломератов наноча- стиц SiO 2 в объеме прессовки и увеличением пористо- сти керамики; 2) плотность спеченной керамики снижается от 4,757 до 3,235 г/см 3 ; микротвердость снижается от 10,2 до 6,8 ГПа. Полученный композит ZrO 2 -SiO 2 (70–30%) обладает достаточно высокими механическими характеристика- ми для технологического использования.