2.3 Композиции и керамика диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия и содержащим CuO.

Однако рассмотрим конкретную литературу по теме курсовой, количество статей на эту тему невелико. Рассмотрим статью получения ZrO₂–Y₂O₃ допированного 0,8% мол. CuO, причем Y₂O₃ – 3% мол. В последние годы 3% мол. стабилизация оксидом иттрия диоксида циркония тетрагональной формы поликристаллов (3Y-ТZP) с примесью оксида меди получила возрастающий интерес из-за расширения и хорошего его потенциала в трибологических применениях. В этой работе, эффект добавление небольших количеств (0,8% мол.) оксида меди на спекания и свойства 3Y-TZP изучали с помощью дилатометрами высокотемпературной рентгеновской дифракции (XRD), качественная модель спекания была создана на основе нескольких реакций при спекание, как указано в термическом анализе и XRD. Некоторые из этих реакций значительно замедлить уплотнения и, следовательно, приводят к низкой конечной плотности (86%) образца спеченного при 1400^оC в воздухе. При 1100^оС часть CuO переходит Cu₂O. Реакцию между расплавленным Cu₂O и оксидом иттрия, как отдельно к 3Y-TZP границ зерен около 1180^оC приводит к истощению иттрия от 3Y-TZP зерна, что приводит к формированию моноклинной фазы при охлаждении относительно выше, парциальное давление кислорода может препятствовать диссоциации CuO до Cu₂O. Это торможение в диссоциации является одной из причин, почему плотной (>96%) 0,8% мол. CuO легированных 3Y-TZP керамика может быть получена после спекания при 1400^оC в протоке кислорода.

С момента открытия явление трансформации-ужесточение в керамике тетрагонального диоксида циркония на основе этих материалов получили интерес в промышленных масштабах. Было показано, что он имеет оксид иттрия, легированного поликристаллов тетрагонального оксида циркония (3Y-TZP) керамика имеет крайне высоких значений изгибопрочности и прочности разрушения. Благодаря их высоким механическим свойствам и химической инертности 3Y-TZP керамики, чаще рассматривается для широкого диапазона конструкционных материалов, таких как экструзионные головки, режущие инструменты, направляющие клапанов, и т.д. Кроме того, мелкозернистая 3Y-TZP также проявляет сверхпластические деформационные свойства, которые открыли возможность использования керамики для формообразования. Для того чтобы снизить температуру спекания переходных металлооксидов, часто используются для спекания добавки такие, как Fe₂O₃, Bi₂O₃ или CuO. Кроме того, добавление оксидов переходных металлов также имеет важное воздействие на физические свойства 3Y-TZP. Было сообщено, что добавление 0,25% масс. Fe₂O₃ или 0,07% масс. (0,1% мол.) CuO приводит к значительным удержаниям силы 3Y-TZP керамики после старения в воде или влажной окружающей среде. Также известно, что добавление небольшого количества CuO (<1% мол.) к 3Y-TZP сильно повышает производительность сверхпластического диоксида циркония. Недавние трибологические исследований по 3% мол. стабилизированного оксидом иттрия диоксида циркония тетрагональной поликристаллической фазы (3Y-TZP) керамика показали, что добавление 1,8% мол. CuO приводит к снижению коэффициента трения от 0,6 до 0,2.

Для легированных CuO 3Y-TZP систем, специальные трибологические сверхпластические свойства сильно зависят от процесса изготовления. Весь процесс от подготовки порошка для спекания, которое имеет значительное влияние на конечную керамическую микроструктуру и, следовательно, на его свойства. Необходимо оптимизировать процесс изготовления, важно иметь знание эффекта CuO на поведение процесса спекания. Подробные исследования спекания с CuO, легированной 3Y-TZP системы нелегко найти в литературе. Термический анализ порошка 3Y-TZP легированного оксида меди в исполнении SeidenstickerMayo12 показал, что в этой системе протекает несколько реакций. Вклад этих нескольких реакций на поведение при спекании из CuO, легированного 3Y-TZP еще не описано.

В рассмотренной работе, спекания изучается нелегированный и CuO легированный 3Y-TZP помощью дилатометра. Для того чтобы исследовать влияние CuO на втором этапе спекания 3Y-TZP, такое количество CuO (0,8% мол.) была выбрано, которое чуть больше, чем предел растворимости CuO в 3Y-TZP матрице (0,3% мол.), микроструктуры циркония фаза эволюции этих систем описаны в терминах из нескольких реакций, которые могут возникнуть в CuO 3Y-TZP системы. Эти реакции в процессе спекания также интерпретируется использованием, среди прочего, тепловых экспериментов анализа (дифференциальноетермического анализа (ДТА)) в исполнении SeidenstickerMayo12. Кроме того, влияние парциального давления кислорода на поведение спекания описывается слабо.

Особо чистый 3Y-TZP был взят готовым (Tosoh, Токио, Япония) и порошок CuO также был взят готовым (Aldrich Chemicals, Стейхем, Германия) были использованы в качестве исходных материалов. Основные характеристики исходных порошков приведены в таблице. Порошковая смесь 3Y-TZP с CuO был подготовлен в шаровой мельнице в этаноле в течение 24 ч. с использованием циркониевых шариков для фрезерования среды. Содержание CuO было 0,8% мол. (0,5% масс.). Измельченную суспензию сушили в печи при 80^оC в течение 24 ч, а затем при 120^оC в течение 8 часов. Сухой пирог слегка смачивают пластикованным раствором и просеивают через сито диаметром 180 мм. Цилиндрические брикеты смеси порошка и чистого 3Y-TZP порошка (измельченный тем же способом, который используется для смеси) произвели холодного изостатического прессования при 400 МПа. Длина и диаметр прессовок в 10-15 мм и 6-7 мм соответственно. Относительная плотность этих прессовок, измеренный Achimedes technique in mercury, составила 50–52% от теоретической плотность циркония тетрагональной модификации (6,09 г/см3).

Небольшое количество дополнение CuO приводит к заметному изменению в уплотнении поведение 3Y-ТZP. Некоторые реакции при спекании, могут быть полезными или вредными для уплотнения. Различить следующие этапы спекания:

1.) Начальная температура уплотнения снижается из-за растекания CuO в внутри объема в 3Y-TZP матрицы.

2.) твердофазной реакции в пределах около 1000^оC уплотнение тормозится незначительно.

3.) диссоциации CuO до Cu₂O начинается в 1040^оC. Большие поры могут быть сформированы, когда эта реакция протекает слишком быстро. Образование больших пор задерживает уплотнения и, следовательно, приводит к низкой плотности и плохой микроструктуры 0,8% мол. CuO, легированного 3Y-TZP образца после спекания на воздухе.

4.) Высокое парциальное давление кислорода может замедлить диссоциацию CuO. 0,8% мол. CuO легированных в 3Y-TZP спекается при относительно высоком парциальном давлении кислорода (в проточном потоке кислорода) имеет плотность 96%.

5.) В то время как Cu₂O начинает плавиться при 1130^оC, уплотняется за счет увеличения наличия жидкой фазы.

6.) После расплавления Cu₂O, твердой и жидкой реакции между расплавленным Cu₂O и оксидом иттрия, которые были отделены от 3Y-TZP зернами, приводит к снижению скорости уплотнения при 1180^оC. Эта реакция также приводит к истощению иттрия в 3Y-TZP зернах, и, следовательно, дестабилизирует тетрагональные фазы диоксида циркония [24].

7.) Исследования CuO-легированных образцов спекается в воздухе и потоке кислорода содержат 55% об. циркония моноклинной фазы, в то время как нелегированный образец содержит 100% циркония тетрагональной после спекания.

Еще одна статья по 3Y-TZP (оксид иттрия, легированного тетрагонального диоксида циркония) и CuO нанопорошков были получены совместным осаждением меди и оксалата циркония и иттрия комплексообразованием с образованием осадков соответственно. В процессе спекания порошковых (8% мол CuO, легированного 3Y-TZP) этой двухфазной системе протекает несколько твердофазных реакций, очевидное влияние этих реакций на поведения уплотнения. Эти реакции анализировали с помощью нескольких методов, как XPS, DSC / ТГА и высокотемпературный XRD. Сильное растворение CuO в 3Y-TZP матрицы происходит ниже 600^оC, что приводит к значительному обогащению CuO в 3Y-TZP толщиной в несколько нанометров. Эта "переходная" жидкая фазы сильно повышает плотность. Около 860^оC твердотельные реакции между CuO и иттрия, как отдельно к 3Y-TZP границам зерен происходит, образуя Y₂Cu₂O₅. Эта твердотельная реакция вызывает образование термодинамически стабильной моноклинной фазы диоксида циркония. Формирование этой твердой фазы также задерживает уплотнение. Используя это знание микроструктурных параметров во время спекания можно было получить плотные нанокомпозитные материалы с размером зерна 120 нм только после спекания при 960^оC. Эти авторы также утверждают, что Y₂Cu₂O₅ фаза образуется при 1200^оC за счет реакции между расплавленным Cu₂O и иттрием, как отдельно к 3Y-TZP границ зерен. Тошоу автор 3Y-TZP системы утверждал, что небольшое количество (<0,3% мол.) из CuO растворяется в 3Y-TZP зерне путем формирования Cu-богатых слоев толщиной от нескольких нм. Очевидно, что растворимость CuO в 3Y-TZP матрице находится под сильным влиянием его керамического размера зерна [25].