Особенности формирования структуры и свойств нанокомпозитов на основе диоксида циркония с добавлением Al2O3 и NiO

Особенности формирования структуры и свойств нанокомпозитов на основе диоксида циркония с добавлением Al2O3 и NiO

Abstract

Данное исследование посвящено проблеме повышения вязкости разрушения керамических материалов ZrO2 путем образования композитной структуры путем добавления частиц Al2O3 и NiO. В этой статье мы проанализировали общие и отличительные особенности микроструктуры обоих композиционных материалов и ее влияние на вязкость разрушения материалы. В этой статье мы использовали методы XRD, SEM и EDS для определения гранулометрического, фазового и химического состава спеченных материалов. Особенности зависимости значений вязкости разрушения от концентрации легирующей примеси и изменения количества Y3 + в зернах циркония позволяют предположить, что по меньшей мере два механизма могут влиять на вязкость разрушения керамики ZrO2. Перекрытие трещин / отклонения с «усилением трансформации» влияют на значения K1C в зависимости от концентрации легирующей примеси. Механизм отклонения трещины влияет на значения K1C, когда концентрации легирующей примеси низкие, усиление трансформации влияет на значения K1C, когда концентрации легирующей примеси начинают оказывать влияние на реорганизацию микроструктуры - перераспределение ионов Y3 + и образование Y3 + -делоидных зерен с высокой способностью к фазе преобразование.

Ключевые слова: циркониевые композиты, вязкость разрушения, фазовая трансформация

Предпосылки

Технический прогресс каждый год представляет новые и более строгие требования к производительности для материалов и устройств. Срок службы и надежность устройств должны быть увеличены, а износ и разрушение должны значительно уменьшиться. Это особенно верно для долговечных керамических изделий, работающих в агрессивных средах и при высоких температурах, когда разрушение изделия может инициироваться небольшим повреждением (поры, царапины, дефекты). Это приводит к формированию новых направлений в проектирование материалов - производство материалов, устойчивых к дефектам. Итак, структура материала, в нашем случае керамическая материал, должен выдерживать внешние удары. Например, это самовосстанавливающиеся материалы [1, 2]. Коррозионную стойкость керамики из нитрида кремния можно увеличить, изменив ее вторичную фазу. Образование нерастворимых оксидных слоев сильно уменьшит повреждение вызванных докритическим ростом трещин. Создание керамики матричный композитов (CMC) и композитов из металлической матрицы (MMC) также является способом формирования специальных микроструктур в материалах с улучшенными свойствами. Таким образом, разработка новых методов формирования заданной структуры керамического материала может повысить надежность керамических материалов.

Как известно, механизмы повреждения зависят от структуры и типа материалов. Также известно, что твердые материалы как правило хрупкие, а материалы с низкой прочностью как правило более жесткие. Процесс повреждения связан с инициированием и распространением трещин в материале. Как было показано Ричи, «процессы внутреннего повреждения, которые опережают конец трещины для содействия ее распространению, и внешние механизмы защиты от трещин, которые действуют в основном за конца трещины, чтобы препятствовать этому распространению» [3]. Внутреннее упрочнение является источником сопротивления разрушению в пластичных материалах. Этот механизм эффективен против инициирования и распространения трещин. Благодаря этому механизму большинство металлических материалов усиливается. Обычно хрупкие материалы, такие как керамика, не могут быть усилены пластической деформацией и имеют низкие значения вязкости разрушения. Как правило, значения вязкости разрушения для Al2O3, SiC и Si3N4 составляют менее 3-4 МПа * м1 / 2. Внешние механизмы, присущие керамическим материалам, эффективны только для противодействия распространению трещины; они не могут влиять на инициирование трещины. Основными вариантами внешних механизмов упрочнения являются трещина или перемычка волокон и отклонение трещины.