Применение механохимической обработки для получения нанокристаллических порошков в системе ZrО2–СеО2–Y2О3

ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ В СИСТЕМЕ ZrО2–СеО2–Y2О3

, ,

Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины,

, Киев, 03680, Украина, е-mail [e-mail]

Для создания высокотехнологической керамики необходимы нанокристаллические порошки, что вызывает повышенный интерес к методам их получения. Одним из таких методов является механохимический синтез. Главное преимущество которого – сравнительная простота осуществления технологического процесса.

Цель данного исследования: сравнить свойства порошков составов 97 мол. % ZrO2 – 3 мол. % Y2O3 (Zr-Y), и 90 мол. % ZrO2 – 8 мол. % СеО2 – 2 мол. % Y2O3 (Zr-Ce-Y), полученных методом механохимической обработки. Изучения свойств синтезированных нанокристаллических порошков выполнено с использованием рентгенофазового анализа (РФА) (дифрактометр ДРОН-1,5 CuKα – излучение, размер первичных частиц рассчитан по формуле Шерера) и электронной микроскопии (Сamebax SX-50). Удельная поверхность определена по методу тепловой адсорбции азота (БЭТ). Прочность спеченных материалов из указанных порошков определена методом биаксиального изгиба. Порошки получены механохимической обработкой гидротермального нанокристаллического порошка М–ZrО2 растворами нитратов Y(NO3)3 × 6H2O и Ce(NO3)3 × 6H2O в шаровой мельнице.

Термическую обработку синтезированных порошков провели в интервале температур 600–700°С. Определено, что характер изменения удельной поверхности (Sуд.) обоих порошков подобен. Размеры первичных частиц находятся в интервале 19–25 нм. Установлено, что в условиях термообработки при 600°С в порошке состава Zr-Y образовались низкотемпературные метастабильные твердые растворы на основе ZrO2: тетрагональный (Т-ZrO2) и кубический (F-ZrO2). В порошке состава Zr-Ce-Y также образовались два твердых раствора: F-ZrO2 и моноклинный (М-ZrO2). Морфология порошков показана на рисунке.

Из полученных порошков с использованием шликерного литья водных шликеров сформированы отливки. Образцы спечены при температуре 1300°С в течении 1,5 ч. Прочность образцов из порошков составов 97 мол. % ZrO2–3 мол. % Y2O3 и 90 мол. % ZrO2–8 мол. % СеО2–2 мол. % Y2O3 составила 800 МПа и 650 МПа соответственно.

а	б
Рисунок. Морфология нанокристалличес-ких порошков составов (мол. %) 97 ZrO2–3 Y2O3 (а), и 90 ZrО2 - 8 СеО2 - 2 Y2O3 (б) после термической обработки 700°С