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)

Цель работы – исследование структуры и физико-механических свойств керамики на основе оксинитридов алюминия и циркония, полученной горячим прессованием наноструктурных порошков.

Введение……………………………………………………………………………………………. 9

1. Литературный обзор ………………………………………………………………….. 10
1.1 Методы получения, свойства оксинитрида алюминия …………………. 10
1.2 Традиционные методы получения оксинитрида алюминия………….. 11
1.3 Современные технологии оксидных керамик …………………………… 12
1.4 Получение прозрачной керамики из порошков AlON ……………….. 15
1.5 Физические, химические и механические свойства

оксинитрида алюминия ………………………………………………………………. 17
1.6 Керамика на основе оксида и нитрида циркония …………………………. 19
1.7 Современные технологии керамических материалов ………………… 34
1.7.1 Получение исходных порошков …………………………………………….. 34
1.7.2 Способы формования керамических порошков ……………………… 38
1.7.3 Горячее прессование ………………………………………………………………. 39

2. Экспериментальная часть ……………………………………………………………. 43
2.1 Материалы, оборудование, методика исследования …………………….. 43
2.2 Результаты экспериментов и их обсуждения……………………………….. 49
3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение …………………………………………………………………….. 53
4. Социальная ответственность ………………………………………………………. 65
Заключение …………………………………………………………………………………….. 91
Список использованных источников ……………………………………………….. 92
Приложение А ……………………………………………………………………………………………… 94

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.