Исследование физико-механических свойств горячепрессованной керамики на основе оксинитридов алюминия и циркония (The study of physical and mechanical properties of hot-pressed ceramics based on aluminum and zirconium oxynitride)

Целью работы являлось исследование структуры и физико-
механических свойств керамики на основе оксинитридов алюминия и
циркония, полученной прессованием и спеканием наноструктурных
порошков.
В процессе исследования изучали технологические свойства
оксидных порошков, проводили их механическую активацию,
пластификацию, формовали и спекали керамические прессовки,
изготавливали микрошлифы спеченных образцов для наноиндентирования.
Были определены плотность прессовок и спечённых образцов,
измерены модуль упругости и нанотвердость с использованием методики
наноиндентрования, исследована микроструктура спеченных образцов.
Разработан метод получения высокоплотной прочной
оксинитридной керамики, включающий синтез порошка Al2O3-AlN путем
сжигания НП Al и последующее горячее прессование в инертной атмосфере.
Полученная керамика имела следующие физико-механические свойства:
EIT=286537 МПа, HIT=13160 МПа, σs= 2912 МПа.
Методом горячего прессования получена высокомодульная прочная
оксинитридная керамика ZrO2 – ZrN (EIT= 323897 МПа, HIT= 19244 МПа, σs=
3381 МПа).
Полученные материалы могут быть применены в технологии
функциональной керамики нового поколения.
Доказано, что методика наноиндентирования и скрэч-тестинга
является эффективным средством оценки физико-механических
характеристик спеченных керамических материалов, обладающим высокой
степенью достоверности результатов.

1. Merzhanov, A., Borovinskaya, I., Loryan, V., in: Abstracts. XIX
Mendeleev Forum on General and Applied Chemistry, Volgograd, 2011, pp.76,
704, 536, 600.
2. Maguchi G., Yanagida H. Study on the reductive spinel—a new spinel
for-mula AlN–Al2O3 instead of the previous one Al3O4 //Bulletin of the
Chemical So-ciety of Japan. – 1959. – Т. 32. – №. 11. – С. 1264-1265.
3. Long G., Foster L. M. Crystal phases in the system Al2O3–AlN //Journal
of the American Ceramic Society. – 1961. – Т. 44. – №. 6. – С. 255-258.
4. Adams, I., AuCoin, T. R. and Wolff, G. A., Luminescence in the system
Al2O3–AlN. J. Electrochem. Soc., 1962, 109(11), 1050–1054.
5. Lejus A. Formation at High Temperature of Non-Stoichiometric Spinels
and of Derived Phases in Several Oxide Systems Based on Alumina and in the
System Alumina-Aluminum Nitride //Rev. Int. Hautes Temp. Refract. – 1964. –
Т. 1. – №. 1. – С. 53-95.
6. Lefebvre A., Collongu. R, Gilles J. C. Periodic Antiphases In
Nonstoichio-metric Spinel (9Al2O3-AlN) Prepared At High-Temperature
//Materials Research Bulletin. – 1972. – Т. 7. – №. 6. – С. 551-&.
7. Irene E. A., Silvestri V. J., Woolhouse G. R. Some properties of
chemically vapor deposited films of Al x O y N z on silicon //Journal of Electronic
Materials. – 1975. – Т. 4. – №. 3. – С. 409-427.
8. McCauley J. W. Sintered Polycrystalline Nitrogen Stabilized Cubic
Alumi-num Oxide Material. – Department Of The Army Washington Dc, 1978. –
№. PAT-APPL-936 447.
9. Hartnett T. M. et al. Aluminum Oxynitride Spinel (ALON)—-A New
Optical and Multimode Window Material //1981 New England Section Topical
Meeting on Nonoxide Ceramics: Ceramic Engineering and Science Proceedings,
Volume 3, Number 1/2. – John Wiley & Sons, 2009. – Т. 26. – С. 67
10. McCauley J. W. A simple model for aluminum oxynitride spinels
//Journal of the American Ceramic Society. – 1978. – Т. 61. – №. 7‐8. – С. 372-
373.
11. McCauley J. W. et al. AlON: A brief history of its emergence and
evolution //Journal of the European Ceramic Society. – 2009. – Т. 29. – №. 2. –
С. 223236.
12. Грибовский П.О. Горячее литье керамических изделий. – М.:
Госэнер-гоиздат, 1956. – 176с.
13. B.C. Бойко, В.Д. Нацик.Развитие исследований акустической
эмиссий.
14. Dunegan H., Harris D, Acoustic emission – a new nondestructive testing
tool. – Ultrasonics 1969, 7, p. 160-166.
15. Gilman J.J. Progress in microdynamical theory of dislocations. – In:
Proc. U.S. Nat. Congr. Appl. Mech. 5-th (Amer. Soc Mechan. Eng.). New York,
1966, p. 385-394.
16. K.M.Liang, G. Oriange, G. Fantozzi. Evalution by indentation of
fracture 7. Лукин Е.С. О влиянии методов синтеза и условий подготовки
порошков окси-дов в технологии высокоплотной и прозрачной керамики //
Тр.Моск. хим.-технол. Ин-та им. Д.И. Менделеева, 1974. – вып.123. – С.5-16.
17.Матренин С.В., Слосман А.И. Техническая керамика: Учебное
посо-бие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004.–75 с.
18.ЕгоровЮ.П.,ЛозинскийЮ.М.,РоотР.В.,Хворова
И.А.Материаловедение ТПУ учебное пособие
19.Кондратюк А.А., Матренин С.В. Технология получения
конструк-ционной оксидной керамики гидростатическим прессованием.
Механика и ма-шиностроение. Сборник трудов. Томск. ТПУ. 2000г, с. 124-
126.
20.Шевченко А.В., Рубан А.К., Дудник Е.В. Высокотехнологичная
ке-рамика на основе диоксида циркония // Огнеупоры и техническая
керамика. 2000. № 9. С. 2 – 8.
21.Лукин Е.С., Макаров Н.А. и др. Прочная и особопрочная
керамика на основе оксида алюминия и частично стабилизированного
диоксида циркония // Стекло и керамика. 2003. № 9. С. 32 – 34.
22.Смирнов А.И. Конструкционная керамика // Итоги науки и
техники ВИНИТИ. Сер. Порошковая металлургия. 1990. С. 64 – 106.