DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.204.207

С помощью метода электроискрового спекания (ЭИС) на основе наноразмерного порошка оксида иттрия создана мелкозернистая (порядка 1 мкм), плотная, прочная керамика с микротвердостью вплоть до 18 ГПа.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
ISSN 1993-8578
ISSN 2687-0282 (online)
Книги по нанотехнологиям
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под ред. Л.И. Трахтенберга, М.Я. Мельникова
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #3-4/2023
В.И.Лысенко
СОЗДАНИЕ ТВЕРДОЙ КЕРАМИКИ ИЗ НАНОПОРОШКА ОКСИДА ИТТРИЯ С ПОМОЩЬЮ SPS-МЕТОДА
Просмотры: 1335
DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.204.207

С помощью метода электроискрового спекания (ЭИС) на основе наноразмерного порошка оксида иттрия создана мелкозернистая (порядка 1 мкм), плотная, прочная керамика с микротвердостью вплоть до 18 ГПа.
Получено: 6.04.2023 г. | Принято: 10.04.2023 г. | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.204.207
Научная статья
СОЗДАНИЕ ТВЕРДОЙ КЕРАМИКИ ИЗ НАНОПОРОШКА ОКСИДА ИТТРИЯ С ПОМОЩЬЮ SPS-МЕТОДА
В.И.Лысенко1, д.ф.-м.н., вед. науч. сотр., ORCID: 0000-0003-0209-6299 / vl@itam.nsc.ru
Аннотация. С помощью метода электроискрового спекания (ЭИС) на основе наноразмерного порошка оксида иттрия создана мелкозернистая (порядка 1 мкм), плотная, прочная керамика с микротвердостью вплоть до 18 ГПа.
Ключевые слова: электроискровое спекание, нанопорошок, керамика, оксид иттрия
Для цитирования: В.И. Лысенко. Создание твердой керамики из нанопорошка оксида иттрия с помощью SPS-метода. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 3–4. С. 204–207. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.204.207.

Received: 6.04.2023 | Accepted: 10.04.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.204.207
Original paper
PREPARING OF SOLID CERAMICS FROM YTTRIUM OXIDE NANOPOWDER BY SPS METHOD
V.I.Lysenko1, Doct. of Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher, ORCID: 0000-0003-0209-6299 /
vl@itam.nsc.ru
Abstract. Strong fine-grained ceramics (about 1 μm) based on yttrium oxide nanopowder was prepared using spark plasma sintering (SPS) method. It has microhardness of 2.1 GPa.
Keywords: spark plasma sintering, nanopowder, ceramics, yttrium oxide
For citation: V.I. Lysenko. Preparing of solid ceramics from yttrium oxide nanopowder by SPS method. NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 3–4. PP. 204–207. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.204.207.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время уже достаточно хорошо изучено, что наблюдаемые и измеряемые отличия между нанокристаллическими и крупнозернистыми материалами в упругих, демпфирующих, прочностных, тепловых, электрических, магнитных, диффузионных и прочих свойствах обусловлены не только малым размером зерен в таких нанокристаллических материалах, но и особым состоянием поверхности получаемых материалов или границ зерен в них [1].
Одним из направлений нанотехнологий яв­ляется создание керамики, получаемой из наноразмерных порошков, в которой удается сохранить очень малые размеры зерна. Предполагается, что нанокерамика будет обладать не только свойствами керамики, полученной из крупнозернистых материалов, но и некоторыми уникальными характеристиками (например, сверхпластичностью [2]).
Известно, что чем меньше размер зерен керамики и чем больше развита зернистая структура, тем прочнее и тверже керамика. Вместе с тем в нанопорошках, используемых для получения керамики, существуют устойчивые трудноразрушаемые агломераты наночастиц [3], что требует применения нестандартных методов компактирования (например, метода горячего прессования).
Современное состояние исследований по нанокерамике, созданной из различных нанопорошков, достаточно хорошо отображено в работах [4–6] и других, в том числе автора [7–10].
В работе исследуется керамика, созданная из нанопорошка оксида иттрия.
Сфера применения материалов на основе оксидов иттрия и других редкоземельных элементов постоянно расширяется, причем в направлениях, определяющих технический прогресс (сплавы с уникальными свойствами, ядерная энергетика, электроника и др.).
Целью настоящей работы было создание с помощью метода SPS из нанодисперсного порошка оксида иттрия плотной и твердой керамики с мелкозернистой (порядка микрона) структурой.
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
В качестве исходного использовался порошок оксида иттрия со средним размером частиц 32 нм и химической чистотой 99%, получаемый испарением сырьевых материалов на ускорителе электронов с последующей конденсацией вещества в виде нанодисперсных частиц [11].
На рис.1 представлены результаты просвечи­вающей электронной микроскопии порошка оксида иттрия.
Для этого порошка спекание проводилось на установке Labox "Sinter Land" ИГиЛ СО РАН методом электроискрового спекания (горячего прессования с использованием спекающей искровой плазмы) (Spark Plasma Sintering, SPS), когда импульсы электрического тока проходят через заранее спрессованный порошок (в данных экспериментах сила тока достигала 2 кА при поданном напряжении 3–4 В). Основным отличием SPS от традиционного прессования (при последовательных прессовании и спекании) является подведение импульсного электрического тока непосредственно к образцу, что способствует быстрому нагреву порошка и сохранению в значительной степени его микроструктурных параметров в консолидированном материале. Прессование проводилось при максимальной температуре 1400 °С и давлении 40 МПа. Скорость нагрева обычно была 100°/мин, выдержки при максимальной температуре не было.
Микротвердость всех образцов керамики исследовалась с помощью микротвердомера ПМТ-3.
На электронном сканирующем микроскопе ZEISS EVO-50WDS-XVP-BU ИТПМ СО РАН исследовались сколы керамики после напыления на них слоя золота.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Диаметр и толщина полученных образцов керамики составляли 9,6 и 3,2 мм.
На рис.2 приведена электронная микроскопия скола керамики. Видно, что размер зерен полученной керамики порядка 1 мкм, то есть с помощью метода SPS создана мелкозернистая плотная керамика.
Микротвердость полученной керамики оказалась достаточно высокой – Hv = 18,1 ГПа. Для сравнения, микротвердость керамики, полученной нами в работе [12] традиционным способом (при последовательных прессовании и спекании) из этого же нанопорошка при максимальной температуре спекания 1500 °С, была равна 11 ГПа.
Таким образом, с помощью метода электро­искрового спекания (МЭС) на основе наноразмерного порошка оксида иттрия создана мелкозернистая (порядка 1 мкм), плотная, прочная керамика с микротвердостью вплоть до 18 ГПа.
БЛАГОДАРНОСТИ
Автор выражает благодарность А.Г.Анисимову, В.И.Мали, В.А.Емелькину и Г.А.Позднякову за помощь в работе.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Моисеев И.И., Климов Д.М., Спицын Б.В., Котов Ю.А., Русанов А.И., Микаэлян А.Л., Алфимов М.В., Раховский В.И. Обсуждение проблем нанотехнологии // Вестник Российской академии наук. 2003. Т. 73. № 7. С. 429–449.
Xinzhang Z., Hulbert Dustin M., Kuntz Joshua D., Sadangi Rajendra K., Shukla Vijay, Kear Bernard H., Mukherjee Amiya K. Superplasticity of zirconia-alumina-spinel nanoceramic composite by spark plasma sintering of plasma sprayed powders // Materials Science and Engineering A. 2005. V. 39. PP. 353–359.
Анциферов В.Н., Перельман В.Е. Механика процессов прессования порошковых и композиционных материалов. М., 2001. С. 175–202.
Физикохимия ультрадисперсных систем (ред. В.Ф.Петрунин). Тезисы V Всероссийской конференции, 9–13 октября 2000 г., Екатеринбург // М.: МИФИ, 2000. 420 c.
Nanoparticles, Nanostructures & Nanocomposites, Topical meeting of the European Ceramics Society, July 5–7, 2004, St. Peterburg. Book of Abstracts // VVM. St. Peterburg, 2004. 216 p.
Nanostructures: Physics and Technology. Proceedings of 16th International Symposium, June 25–29, 2007, Novosibirsk // Ioffe Institute. St.Peterburg, 2007. 370 p.
Лысенко В.И. Создание и свойства керамики из нанопорошка оксида ниобия // Физика и химия стекла. 2016. Т.42, № 5. С.109–112.
Лысенко В.И. Создание и свойства керамики из нанопорошка оксида кобальта // Стекло и керамика. 2017. No. 4. С.15–16.
Лысенко В.И. Керамики из нанопорошка оксида хрома: создание и свойства // Физика и химия стекла. 2018. Т.44, № 3. С. 263–266.
Лысенко В.И. Керамика из нанопорошка оксида молибдена: свойства и создание SPS-методом // Наноиндустрия. 2022. Т. 15, No. 1. PP. 34–37. https://doi.org/ 10.22184/1993-8578.2022.15.1.34.37
Лукашов В.П., Бардаханов С.П., Салимов Р.А., Корчагин А.И., Фадеев С.Н., Лаврухин А.В. Способ получения ультрадисперсной двуокиси кремния, устройство для его осуществления и ультрадисперсная двуокись кремния. Патент РФ № 2067077. 1996. Бюл. № 27.
Бардаханов С.П., Лысенко В.И., Малов А.Н., Маслов Н.А., Номоев А.В. Структура и свойства керамики на основе нанодисперсных порошков оксида гадолиния и оксида иттрия // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 5. С.111–114.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art