«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2»




Скачать 18,38 Kb.
Название«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2»
страница2/4
Дата04.02.2016
Размер18,38 Kb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований в рамках диссертационной работы, приведены положения, выносимые на защиту, описаны структура и объём диссертации.

В первой главе «Строение и свойства дисперсного ZrO2, получаемого методом термического разложения» подробно изложены методики анализа структуры, фазового состава, параметров тонкой кристаллической структуры высокодисперсных порошков ZrO2(MexOy) и керамических материалов на их основе. Представлены результаты исследований влияния количества оксида магния в системе ZrO2 – MgO на фазовый состав, параметры кристаллической структуры, физические и технологические свойства порошков твёрдых растворов ZrO2(MgO), получаемых методом термического разложения водных растворов азотнокислых солей циркония и магния в низкотемпературной плазме (количество оксида магния в порошках регулировалось концентрацией соли магния в прекурсоре и составляло 3, 5, 10, 15 и 20 вес. %). Прослежена эволюция нанокристаллической порошковой системы ZrO2(3 вес. % MgO) в процессе механической обработки.

Согласно данным рентгенофазового анализа, в порошках ZrO2(MgO) всех составов преобладала высокотемпературная кубическая модификация диоксида циркония c-ZrO2. Однако, помимо рефлексов ZrO2, на дифрактограммах порошков присутствовали рефлексы сложного оксида Mg2Zr5O12 и рефлексы MgO, что свидетельствует о неполном растворении оксида магния в твёрдом растворе на основе ZrO2.

Исследования морфологического строения порошков посредством растровой и просвечивающей электронной микроскопии (РЭМ и ПЭМ) показали, что порошки состоят из частиц сферической формы и частиц, не имеющих регулярной формы, среди которых присутствуют обломки сфер и тонкие плёнки. Неизодиаметричные частицы в порошках образовали многочисленные агрегаты, в то время как сферические частицы оставались по большей части обособленными.




По мере увеличения количества оксида магния в системе ZrO2–MgO наблюдалось увеличение среднего размера частиц в порошках, доли частиц сферической формы в общем

Рисунок 1. Изменение среднего размера частиц в порошках ZrO2(MgO) и среднего размера кристаллитов при увеличении количества оксида магния в системе

ZrO2 – MgO.

количестве частиц и, что важно, увеличение размеров кристаллитов кубической модификации диоксида циркония от «нано» до «субмикронного» диапазона, рис. 1.

Согласно проведённым исследованиям, изменение морфологического строения частиц в порошках обусловлено уменьшением коэффициента поверхностного натяжения капель раствора смеси солей циркония и магния при увеличении в нём концентрации соли магния. Увеличение количества сферических частиц и размеров кристаллитов в исследуемых порошках, сопровождающее увеличение количества оксида магния в системе ZrO2 – MgO, отразилось на их технологических свойствах - увеличением насыпной плотности, величины удельной поверхности и скорости уплотнения при прессовании.

Гранулометрическая неоднородность нанокристаллических порошков, а именно, присутствие в порошках изолированных частиц и отличающихся по плотности и структуре агрегатов приводит к неоднородности структуры получаемых материалов. Один из способов достижения однородности по гранулометрическому составу нанокристаллических порошков – механическая обработки, позволяющая уменьшить число и количество агрегатов в порошках. Механической обработке подвергался порошок ZrO2(3 вес. % MgO), средний размер кристаллитов в котором составлял 25 нм. Согласно исследованиям морфологического строения частиц, в этом порошке количество агрегатов существенно превалировало над количеством изолированных частиц. Обработка порошка производилась в барабанной мельнице с рабочей ёмкостью и мелющими телами из высокоплотной алюмооксидной керамики. Продолжительность обработки составляла 50 часов при скорости вращения барабана 70 об/мин. ПЭМ и РЭМ исследования показали, что для нанокристаллической порошковой системы ZrO2(3 вес. % MgO), подвергнутой механической обработке, существует критическое состояние, с достижением которого происходит ее разделение на две подсистемы с разницей в среднем размере частиц на несколько порядков – изолированные частицы и агрегаты, число которых сокращается по мере увеличения продолжительности обработки, рисунок 2. Согласно данным электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа, с разделением порошка на самостоятельные подсистемы в нём значительно увеличилась доля высокодефектной (рентгеноаморфной) составляющей.

Процесс механической обработки нанокристаллического порошка ZrO2(MgO) разделился на три этапа.

В начале обработки наблюдалось сокращение числа индивидуальных частиц и рост агрегатов в порошке. Порошок, подвергнутый механи- ческой обработке в течение пяти часов, состоял из агрегатов, средний размер которых в несколько раз превосходил средний размер частиц в исходном порошке. Однако в дальнейшем число агрегатов посте-



пенно сокращалось. В порошке, подвергнутом механической обра- ботке в течение 25 часов, доля агрегатов в общем количестве частиц

Рисунок 2. Изменение среднего размера частиц в нанокристаллическом порошке ZrO2(MgO) при механической обработке в барабанной мельнице.

не превышала 10 %. Заключительным этапом обработки нанокристаллического порошка ZrO2(MgO) стало образование устойчивых к дальнейшему механическому воздействию сферических гранул.

Во второй главе «Формирование структуры пористой керамики из высокодисперсных порошков ZrO2(MexOy представлены результаты исследований уплотнения нанокристаллических порошков ZrO2(MexOy) в процессе прессования и при спекании. Исследования осуществлялись на порошках ZrO2(5 вес. % Y2O3) и ZrO2(3 вес. % MgO). Эти порошки практически не отличались по гранулометрическому составу и среднему размеру кристаллитов (по данным РСА, средний размер областей когерентного рассеяния в порошке ZrO2(Y2O3) - 20 нм и 25 нм в порошке ZrO2(MgO)), но отличались по фазовому составу: в порошке ZrO2(MgO) преобладала кубическая модификация диоксида циркония, а в порошке ZrO2(Y2O3) - тетрагональная.

Диаграммы прессования нанокристаллических порошков ZrO2(MexOy) (диаграммы получены при непрерывном прессовании порошков до давления 700 МПа с одновременной регистрацией давления прессования и изменения высоты прессовки) состоят из участков, отличающихся наклоном к оси абсцисс. При перестройке в двойных логарифмических координатах LgPLg они преобразовались в несколько линейных отрезков с уменьшающимся наклоном к оси Lg по мере уплотнения порошков. Установлено, что причиной проявления стадийности уплотнения нанокристаллических порошков является присутствие частиц с разной иерархией структуры – обособленных поликристаллических частиц и агрегатов, состоящих из поликристаллических частиц. Для нанокристаллических порошков ZrO2(MexOy) с однотипной иерархией структуры, например, состоящих только из агрегатов, диаграммы прессования при логарифмировании преобразовались в линию.

В качестве количественного критерия уплотнения нанокристаллических порошков ZrO2(MexOy) в процессе прессования использовался показатель прессования m, входящий в качестве коэффициента, учитывающего свойства прессуемого порошка, в уравнение количественной зависимости плотности порошковых прессовок от давления прессования, предложенное М.Ю. Бальшиным (lgP=mlg+lgPmax, где m – показатель прессования,  - относительный объём прессовки, Pmax давление прессования, обеспечивающее получение беспористой прессовки). Прослежено влияние соотношения доли агрегатов и доли обособленных частиц в нанокристаллических порошках ZrO2(MexOy) на показатель прессования m, определяемый как тангенс угла наклона диаграмм прессования порошков в двойных логарифмических координатах к оси абсцисс и скорость его изменения по мере уплотнения порошков (изменение соотношения доли агрегатов и доли изолированных частиц в порошках достигалось посредством их механической обработки в барабанной мельнице). Начальные и конечные участки диаграмм прессования порошков, перестроенные в двойных логарифмических координатах, аппроксимировались линейной функцией, из уравнения которой определялись показатели прессования на начальной и конечной стадиях уплотнения порошков m1 и m2 соответственно, а скорость изменения показателя прессования по мере уплотнения порошков определялась из уравнения аппроксимации диаграмм квадратичной функциональной зависимостью.

Согласно полученным данным, величины m1, m2, и уменьшаются с увеличением числа агрегатов в нанокристаллических порошках ZrO2(MexOy), рисунок 3. При этом зависимости m1 и m2 от доли агрегатов имеют линейный характер, а величина резко уменьшается с преобладанием доли агрегатов над долей изолированных частиц. Интерес вызывает то обстоятельство, что уменьшение величины показателя прессования происходило как с увеличением числа агрегатов в нанокристаллических порошках, так и по мере увеличения плотности прессовок при прессовании (m1 > m2).

Уменьшение величины m при уплотнении порошков связано со своего рода «агрегированием». При компактировании в порошковой системе формируются области с наиболее плотной укладкой частиц порошка и области с меньшей плотностью. На начальной стадии компактирования порошковой системы областям с плотной укладкой частиц противостоит связная совокупность областей с рыхлой структурой. С развитием процесса уплотнения размеры кластеров с плотной укладкой частиц возрастают, связная совокупность рыхлых кластеров разрывается, а совокупность плотных кластеров становится непрерывной.




Рисунок 3. Зависимость показателей прессования на начальном m1 и конечном m2 этапах компактирования нанокристаллических порошков ZrO2, а также скорость изменения в зависимости от доли агрегатов в порошках.


Спеканию подвергались прессовки из нанокристаллического порошка ZrO2(Y2O3) с относительной плотностью не более 0,3к, что позволило обеспечить развитую пористую структуру в полученной керамике.

Спекание осуществлялось при гомологических температурах 0,56, 0,59 и 0,63, нагрев прессовок производился с постоянной скоростью 50 град/мин, продолжительность изотермической выдержки варьировалась от 0 до 7 часов.

Наиболее интенсивное уплотнение прессовок происходило на стадии нагрева. При этом с увеличением температуры спекания возрастала величина усадки прессовок в процессе нагрева и уменьшалась величина усадки на стадии изотермической выдержки, рисунок 4. Данное обстоятельство послужило основанием для



предположения, что для нанокристаллической порошковой системы ZrO2(Y2O3) существует критическая температура спекания

Рисунок 4. Линейная усадка образцов из высокодисперсного порошка ZrO2(Y2O3) при нагреве и изотермической выдержке в зависимости от температуры.

кр, нагрев до которой будет сопровождаться интенсивной усадкой прессовок, в то время как на стадии изотермической выдержки спекание будет безусадочным (L/L=0). При перестройке изотерм спекания прессовок определены величины показателя степени n уравнения кинетики спекания , на стадии изотермической выдержки, рисунок 5.

Экстраполяцией зависимости n-L/L на состояние L/L=0 была определена кр для подвергаемых спеканию высокопористых прессовок из нанокристаллического порошка ZrO2(Y2O3), которая составила 0,66. Предположение о безусадочном спекании на стадии изотермической выдержки прессовок из высокодисперсного порошка ZrO2(Y2O3) при кр=0,66 подтвердилось экспериментально. Линейная усадка прессовок с относительной плотностью 0,26



при нагреве до = 0,66 составила 53%, а в процессе изотермической выдержки L/L < 1%.


Рисунок 5. Кинетические зависимости усадки керамики ZrO2(Y2O3) из высокодисперсного порошка на изотермической стадии спекания (n – показатель степени уравнения кинетики усадки).

Анализ поверхности разрушения образцов керамики, полученной из нанокристаллического порошка ZrO2(Y2O3), показал, что её структура сформирована хаотично ориентированными в объёме материала стержневыми элементами (линейными цепочками зёрен), рисунок 6.

При этом стержневая структура наблюдалась как в образцах без изотермической выдержки, так и в образцах после изотермической выдержки, что даёт основание для утверждения о формировании её на стадии нагрева прессовок. Количество зёрен в стержнях составляет преимущественно от 3 до 9, однако их среднее число уменьшается с увеличением температуры спекания.



Максимальный диаметр стержней равен размеру зерна, а минимальный - приходится на область контакта между соседними зёрнами.

Рисунок 6. Поверхность разрушения

керамики из нанокристаллического порошка ZrO2(Y2O3).

Согласно произведённым измерениям, средний размер зерна в керамике, спекаемой при гомологической температуре =0,56, составил =0,43 мкм, а в керамике, спекаемой при =0,63, =0,67 мкм.

1   2   3   4

Похожие:

«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconСогласно паспорту специальности 08. 00. 01 программа кандидатского экзамена состоит из четырех обязательных разделов: общей экономической теории политическая
Структура и закономерности развития экономических отношений. Производительные силы: структура, закономерности и формы развития. Мотивация...
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 13. 01
Выделение системы из среды, определение системы. Системы и закономерности их функционирования и развития. Управляемость, достижимость,...
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconМатериал методики проведения исследований
...
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconСостав и структура белков
Среди органических соединений, входящих в состав живой материи, важную роль играют белки
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconГабриелян О. С. Химия 10 класс. Базовый уровень. Учебник для общеобразовательных учреждений
О. С. Габриеляна, 2010, и государственного образовательного стандарта.(в основе умк лежат принципы развивающего и воспитывающего...
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconФизика Магистерская программа 011200 07. 68 – "Физика наносистем и наноэлектроника"
Области профессиональной деятельности: являются все виды наблюдающихся в природе физических явлений, процессов и структур, в том...
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconЛитература 98 Раздел I общие закономерности психического дизонтогенеза глава I клинические закономерности дизонтогенеза § Понятие дизонтогении в 1927 г Швальбе (цит по Г. К. Ушакову, 1973) впервые употребил термин «дизонтогения»
Показана роль различных факторов в возникновении асинхроний развития и патопсихологических новообразований. Автором представлена...
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconПредмет аналитической химии, ее структура. Методологические аспекты аналитической химии; ее место в системе наук, связь с практикой. Значение аналитической
Виды анализа: изотопный, элементный, структурно-групповой (функциональный), молекулярный, вещественный, фазовый. Химические, физические...
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconМатематическая модель миграции загрязняющих веществ с малоконцентрированными суспензиями в пористых средах
На основе математической модели разработано проблемно-ориентированное программное обеспечение, которое было использовано для исследования...
«свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе zrO 2» iconЗаседание секции “Магнетизм”
Электронная структура и оптические свойства гексагональных мультиферроиков-ортоферритов rfeO3
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница