Исследование структуры композита ZrO2-MgO методом фрактального анализа

Зенкина, Юлия Александровна Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Применение методов фрактального анализа растровых изображений керамического композита на основе ZrO2 и MgO для оценки самоподобия и шероховатости поверхности разрушения

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………….. 14
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ……………………………………………………… 16
1.1 Фрактальная размерность ……………………………………………………………… 16
1.2 Исследование поверхности материалов методом фрактального анализа
…………………………………………………………………………………………………………. 20
1.3 Шероховатость …………………………………………………………………………….. 24
1.4 Пористые материалы …………………………………………………………………….. 27
1.5 Композиты на основе диоксида циркония ………………………………………. 29
1.6 Твердофазное спекание …………………………………………………………………. 31
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА……………………………………………….. 33
2.1 Материалы …………………………………………………………………………………… 33
2.2 Методы ………………………………………………………………………………………… 34
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КЕРАМИЧЕСКОГО
КОМПОЗИТА ZrO2(MgO)-MgO……………………………………………………………… 38
3.1 Исследование объемной усадки, плотности и поровой структуры ……. 38
3.2 Исследование предела прочности ………………………………………………….. 46
3.3 Исследование шероховатости поверхности …………………………………….. 48
3.4 Исследование фрактальной размерности ………………………………………… 52
ГЛАВА 4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ………………………………………………………………………. 55
4.1 Предпроектный анализ. Потенциальные потребители результатов
исследования …………………………………………………………………………………….. 55
4.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………. 57
4.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 59
4.4 План проекта ………………………………………………………………………………… 61
4.5 Бюджет научного исследования …………………………………………………….. 63
4.6 Разделение производственных работ на этапы и калькуляция расходов
…………………………………………………………………………………………………………. 69
ГЛАВА 5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………….. 75
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ….. 76
5.2 Производственная безопасность…………………………………………………….. 78
5.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов ………………… 80
5.4 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 86
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………….. 91
Список публикаций ……………………………………………………………………………….. 93
Список использованной литературы ……………………………………………………….. 94
Приложение А …………………………………………………………………………………….. 102

Пористые материалы являются классом неупорядоченных сред, которые
характеризуются состоянием внутрипоровой поверхности, размером и формой
пор, их связностью, шероховатостью поверхности и т.д. Благодаря своим
свойствам могут применяться в качестве фильтрующих элементов, носителей
катализаторов, биоимплантатов. Из-за особенностей структуры описание
морфологии пористых материалов является достаточно сложной задачей.
Традиционно для описания использовались методы, которые включают в себя
определение плотности и размера пор, определение среднего размера зерна и
т.д. [1]. Изучение поведения хрупких материалов в широком интервале
изотермической выдержки и изменением концентраций компонент в составе
позволит более детально исследовать характер процессов деформации и
разрушения.
В настоящее время для исследования морфологии поверхности
материалов активно применяют аппарат фрактальной геометрии, используя
который можно описать и установить взаимосвязь параметров структуры и
физико-механических характеристик. Центральным понятием фрактальной
геометрии является фрактальная размерность (D), которая является мерой
самоподобия объекта и может являться универсальным параметром,
количественно описывающим структуру в целом. Фрактальная размерность
позволяет оценить состояние поверхности независимо от типа обработки и
масштаба измерения. Использование основ фрактальной геометрии, позволяет
выявлять структурные особенности объектов различной природы
происхождения.
Данная работа нацелена на изучение и реализацию метода вычисления
фрактальной размерности и шероховатости применительно к поверхности
разрушения пористых керамических композиционных материалов ZrO2(MgO)-
MgO в различных концентрациях, спеченных в интервалах изотермической
выдержки от 10 до 600 минут при температуре 1600 °С.
В работе представлен результат применения метода вертикальных
сечений для определения параметров внутренней структуры (шероховатость,
фрактальная размерность) посредством обработки растровых изображений,
также приведены результаты анализа профилограмм.
Для достижения цели работы были поставлены и решены следующие
задачи:
1) получить экспериментальные образцы керамических композитов
ZrO2(MgO)-MgO с различной концентрацией исходных компонент и
добавлением порообразователя;
2) исследовать влияние состава и длительности изотермической
выдержки на параметры структур и свойства композита;
3) сделать выводы по проделанной работе.

В данной работе были исследованы структура поверхности и
механические свойства пористой керамики на основе ультрадисперсных
плазмохимических порошков ZrO2(MgO) с добавлением MgO в различных
концентрациях. Поровая структура была сформирована с помощью введения
порообразующей добавки (СВМПЭ) в исходные порошковые составы. Образцы
спекались в широком интервале изотермической выдержки от 10 до 600 минут
при 1600 °С.
В ходе выполнения работ показано, что при одноосном формовании
порошков под давлением 150 МПа и после спекания, можно получить материал
с пористостью от 30 до 55%. Средний размер макро- и микропор изменялся в
зависимости от длительности изотермической выдержки: увеличение
длительности приводило к уменьшению макропор от 45 до 15 мкм и к
увеличению размера микропор от 3 до 8,8 мкм. Изменение концентрации MgO
в составе не оказывало существенного влияния на размеры пор.
Предел прочности пористых керамик изменялся с изменением
концентрации MgO: увеличение концентрации MgO от 0 до 100 % в
композиционной смеси снижает прочность в среднем от 19 до 3 МПа.
Увеличение длительности изотермической выдержки также приводит к
снижению предела прочности. Что может быть связано с выделением доли
MgO в свободном виде после достижения предела растворимости и
увеличением размера зерен.
Была определена среднеарифметическая шероховатость поверхности
образцов методом лазерной профилометрии и RI методом вертикальных
сечений. Зависимость индекса шероховатости от состава и параметров спекания
имеет характер, аналогичный такой же зависимости шероховатости,
измеренной с помощью лазерной профилометрии. Увеличение длительности
изотермической выдержки от 10 до 300 минут приводит к росту RI, выдержка
от 300 до 600 минут снижает шероховатость. При изотермической выдержке от
10 до 300 минут во время спекания происходит интенсивная объемная усадка,
уменьшение среднего размера макропор, увеличение среднего размера
микропор, что приводит к росту шероховатости. Шероховатость достигает
своего максимального значения при выдержке в 300 минут, на промежуточной
стадии спекания, которую можно охарактеризовать перемещением
межзеренных границ и усилением контактов. В течение завершающей стадии
спекания протекает процесс коалесценции пор и одновременный рост размера
зерна, что приводит к снижению шероховатости поверхности. Однако
наблюдалась существенная разница между Ra и RI в характере зависимости,
возникающая из-за прозрачности белых циркониевых керамик в видимой и
инфракрасной области.
Фрактальная размерность изменяется согласно стадиям твердофазного
спекания ZrO2 – MgO: увеличение D, также как и RI, происходит во время
зарождения межзеренных связей и интенсивной объемной усадки, однако,
достигает своего максимума к 180 минутам, при переходе на промежуточную
стадию спекания, что свидетельствует о формировании максимально развитой
поверхности. Затем к завершающей стадии фрактальная размерность
незначительно снижается и остается приблизительно одинаковой при
дальнейшем спекании. Увеличение фрактальной размерности также
происходит вместе с увеличением содержания MgO в составе образцов, что
может объясняться появлением большего количества трещин и фрагментов
зерен.
Список публикаций

1. Исследование поровой структуры в керамике ZrO2-MgO методом
измерения фрактальной размерности / Ю.А. Зенкина, А.С. Буяков //
Современные материалы и технологии новых поколений: сборник
научных трудов II Международного молодежного конгресса, г. Томск, 30
сентября-5 октября 2019 г. – Томск, 2019. – 214-215 с.
2. Фрактальная размерность поверхности разрушения пористого ZrO2-MgO/
А.С. Буяков, Ю.А. Зенкина, С.П. Буякова, С.Н. Кульков// International
Workshop “Multiscale Biomechanics and Tribology of Inorganic and Organic
Systems”; Международная конференция “Перспективные материалы с
иерархической структурой для новых технологий и надежных
конструкций”; VIII Всероссийская научно-практическая конференция с
международным участием, посвященная 50-летию основания Института
химии нефти” Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа”: тезисы
докладов. – Томск, 2019. – С. 46.
3. Исследование структуры композита ZrO2-MgO методом фрактального
анализа / Ю.А. Зенкина, А.С. Буяков // Перспективные материалы
конструкционного и функционального назначения: сборник научных
трудов, г. Томск, 21 сентября- 25 сентября 2020 г. – Томск, 2020.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету