Влияние спекающих добавок, синтезированных методом сжигания нитратов алюминия, на свойства керамики Al2O3–3YSZ

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изучено влияние введения 15 мас. % спекающих добавок на твердость и пористость керамики Al2O3–3YSZ. Спекающую добавку в виде порошков α-Al2O3 синтезировали методом сжигания нитратов алюминия или Solution Combustion Synthesis (SCS) с использованием органических восстановителей глицина и мочевины. Замечено, что использование не разрушенных после SCS агрегатов субмикронных частиц оксида алюминия не позволяет получить высокоплотную керамику. После спекания при 1550°C керамические образцы имеют относительную плотность от 75 до 85% из-за значительной закрытой пористости. Значения микротвердости образцов варьируются от 1 до 11.1 МПа и коррелируют с изменениями плотности и пористости керамики. Для образца сравнения с добавкой оксида алюминия “ч.” достигнута максимальная относительная плотность 98% при отсутствии закрытой пористости.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ю. И. Комоликов

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО Российской академии наук

Email: larisaer@ihim.uran.ru
Russian Federation, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Л. В. Ермакова

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: larisaer@ihim.uran.ru
Russian Federation, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620108

В. Д. Журавлев

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Email: larisaer@ihim.uran.ru
Russian Federation, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620108

Е. И. Сенаева

Институт машиноведения УрО Российской академии наук

Email: larisaer@ihim.uran.ru
Russian Federation, ул. Комсомольская, 34, Екатеринбург, 620049

Р. А. Шишкин

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Email: larisaer@ihim.uran.ru
Russian Federation, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620108

References

  1. Лукин Е.С., Макаров Н.А., Козлов А.И., Попова Н.А., Ануфриева Е.В., Вартанян М.А., Козлов И.А., Сафина М.Н., Лемешев Д.О., Горелик Е.И. Оксидная керамика нового поколения и области ее применения // Стекло и керамика. 2008. Т. 81. № 10. С.
  2. Carter C.B., Norton M.G. Ceramic Materials: Science and Engineering. N. Y.: Springer, 2007. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4614-3523-5#book-header
  3. Абызов А.М. Оксид алюминия и алюмооксидная керамика (Обзор). Часть 2. Зарубежные производители алюмооксидной керамики. Технологии и исследования в области алюмооксидной керамики // Новые огнеупоры. 2019. Т. 2. С. 13–22. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-2-13-22
  4. Bertrand S., Michalet T., Giraud A., Parlier M., Bataille A., Duclos R., Crampon J. Processing, Microstructure and Mechanical Strength of Reaction-Bonded Al2O3 Ceramics // Ceram. Int. 2003. V. 29. P. 735–744. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(02)00225-0
  5. Turon-Vinas M., Roa J.J., Marro F.G., Anglada M. Mechanical Properties of 12Ce–ZrO2/3Y–ZrO2 Composites // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 14988–14997. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.08.044
  6. Thakare V. Progress in Synthesis and Applications of Zirconia // Int. J. Eng. Res. Dev. 2012. V. 5. P. 25. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:14822500
  7. Heuer A.H. Transformation Toughening in ZrO2-Containing Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1987. V. 70. P. 689–698. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1987.tb04865.x
  8. Green D.J., Hanninck R.H., Swain M.V. Transformation Toughening of Ceramics. Boca Raton: CRC, 1989.
  9. Kelly P.M., Rose L.R.F. The Martensitic Transformation in Ceramics — Its Role in Transformation Toughening // Prog. Mater. Sci. 2002. V. 47. P. 462–557. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(00)00005-0
  10. Lei J., Zhang Q., Wang Y., Zhang H. Direct Laser Melting of Al2O3 Ceramic Paste for Application in Ceramic Additive Manufacturing // Ceram. Int. 2022. V. 48. №10. P. 14273–14280. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.315
  11. Li J., Wang Q., Gai K., Lu B., Wu Y., Zheng K., Guan B., Han W., Ye L., Chen F., Zhao T. Zirconia-Alumina Multiphase Ceramic Fibers with Exceptional Thermal Stability by Melt-Spinning from Solid Ceramic Precursor // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. P. 7157–7165. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.08.036
  12. Boch Ph., Niepce J.C. Ceramic Materials: Processes, Properties and Applications. ISTE, 2007. 573p. ISBN: 978-0-470-61241-5. https://doi.org/10.1002/9780470612415
  13. Бурдыкин Д.А., Макаров Н.А., Артемкина И.М. Конструкционная керамика на основе системы ZrO2–Al2O3 с пониженной температурой спекания // Успехи в химии и хим. технологии. 2014. Т. XXVIII. № 8. C. 15–17.
  14. Zhang B., Wang C., Zhang Y., Zhang X., Yang J. A Novel Method for Fabricating Brick-Mortar Structured Alumina-Zirconia Ceramics with High Toughness // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. P. 727–732. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.10.013
  15. Cherif M., Duffarb T., Carroz L., Lhuissier P., Bautista-Quisbert E. On the Growth and Structure of Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2:Y Solidified Eutectic // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. P. 3172–3180. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.03.025
  16. Xu X., Xu X., Liu J., Hong W., Du H., Hou F. Low-Temperature Fabrication of Al2O3-ZrO2 (Y2O3) Nanocomposites through Hot Pressing of Amorphous Powders // Ceram. Int. 2016. V. 42. P. 15065–15071. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.06.168
  17. Su H., Zhang J., Wang H., Song K., Liu L., Fu H. Effect of Solidification Path on the Microstructure of Al2O3–Y2O3–ZrO2 Ternary Oxide Eutectic Ceramic System // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. P. 3137–3142. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.03.027
  18. Zhuravlev V.D., Vasil’ev V.G., Vladimirova E.V., Shevchenko V.G., Grigorov I.G., Bamburov V.G., Beketov A.R., Baranov M. V. Glycine-Nitrate Combustion Synthesis of Finely Dispersed Alumina // Glass. Phys. Chem. 2010. V. 36. P. 506–512. https://doi.org/10.1134/S1087659610040164
  19. Zhuravlev V.D., Bamburov V.G., Beketov A.R. V.D., Perelyaeva L.A., Baklanova I.V., Sivtsova O.V., Vasil’ev V.G., Vladimirova E.V., Shevchenko V.G., Grigorov I.G. Solution Combustion Synthesis of α-Al2O3 Using Urea // Ceram. Int. 2013. V. 39. P. 1379–1384. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.07.078
  20. Khaliullin S.M., Nefedova K.V., Zhuravlev V.D. Nanocomposites mAl2O3–nYSZ by Impregnation Combustion Synthesis with Urea as a Fuel // Int. J Self-Propag. High-Temp. Synth. 2019. V. 28. P. 1–9. https://doi.org/10.3103/S1061386219010072
  21. Комоликов Ю.И., Кащеев И.Д. Высокопрочная керамика на основе порошка диоксида циркония // Стекло и керамика. 2002. Т. 75. № 6. С.
  22. Srdic V.V., Winterer M., Hahn H. Sintering Behavior of Nanocrystalline Zirconia Doped with Alumina Prepared by Chemical Vapor Synthesis // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V. 83. P. 1853–1860. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01481.x
  23. Kong Y.M., Kim H.E., Kim H.W. Production of Aluminum–Zirconium Oxide Hybridized Nanopowder and Its Nanocomposite // J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. P. 298–302. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01353.x
  24. Rahaman M.N. Ceramic Processing and Sintering. 2nd ed. Boca Raton: CRC, 2017. Р.1–876 р. https://doi.org/10.1201/9781315274126

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Morphology of corundum powder obtained from alumina G-00

Download (147KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. X-ray diffraction pattern of a ceramic sample without additives after firing at 1550°C

Download (87KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of the hardness of ceramic samples 1–4 after firing at 1550°C on the achieved sintering density (a) and on the closed porosity (b)

Download (84KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Morphology of aluminum oxide powder obtained with glycine after annealing at 1100°C (a, б); with urea after annealing at 900°C (в, г); with urea after annealing at 1100°C (д, е); aluminum oxide “clean” after annealing at 1100°C (ж, з)

Download (584KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diffraction patterns of sintering additives Al2O3: 1–4 – see Table 1

Download (104KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. SEM images in backscattered electrons of cleavages of ceramic samples with Al2O3 additives obtained with glycine after annealing at 1100°C (a), with urea after annealing at 900 (б) and 1100°C (в), with “clean” aluminum oxide (г)

Download (323KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences