Спекание нанопорошков тетрагонального диоксида циркония. Механизмы спекания и роль механического измельчения

Abstract

The kinetics of the initial stage of sintering of two kinds of tetragonal zirconia nanopowders: 3Y-TZP, DIPE (ZrO₂–3 mol% Y₂O₃) (produced at DonIPE of NASU) and the TZ-3Y nanopowder similar in chemical composition (Tosoh, Tokyo, Japan) has been studied. To be analyzed, the 3Y-TZP nanopowders were obtained by the chemical coprecipitation method with mechanical grinding for 48 h (3Y-TZP-48M) and without grinding (3Y-TZP); the TZ-3Y nanopowders were obtained by the industrial hydrolysis. The shrinkage of the samples at the initial sintering stage was investigated at a constant rate of heating. After the processing of the dilatometric data, it was found that the 3Y-TZP nanopowders were sintered by the volume diffusion mechanism and the TZ-3Y nanopowders were sintered by the grain boundary diffusion mechanism. It was shown that the mechanical activation of nanopowders reduced the aggregation degree, resulted in a change of the phase composition and had a significant influence on the sintering mechanisms at the initial sintering stage.

Исследована кинетика начальной стадии спекания двух сортов нанопорошков тетрагонального диоксида циркония: 3Y-TZP, DIPE (ZrO₂–3 mol% Y₂O₃) (изготовленного в ДонФТИ НАН Украины) и аналогичного по химическому составу нанопорошка TZ-3Y (фирма Tosoh, Tokyo, Japan). Проанализированы нанопорошки 3Y-TZP, полученные методом совместного осаждения с механическим помолом в течение 48 h (3Y-TZP-48М) и без помола (3Y-TZP), а также нaнопорошки TZ-3Y, полученные методом промышленного гидролиза. Исследован процесс усадки образцов на начальной стадии спекания при постоянной скорости нагревания. На основании дилатометрических данных выявлено, что нанопорошки 3Y-TZP спекаются по механизму объемной диффузии, а нанопорошки TZ-3Y – по механизму зернограничной диффузии. Показано, что механическая активация нанопорошков уменьшает степень агрегации, приводит к изменению фазового состава, а также оказывает значительное влияние на механизмы спекания на начальной стадии.

Досліджено кінетику початкової стадії спікання двох видiв нанопорошків тетрагонального діоксиду цирконію: 3Y-TZP, DIPE (ZrO₂–3 mol% Y₂O₃) (виготовленого у ДонФТ НАН України) і аналогічного за хiмiчним складом нанопорошка TZ-3Y (фірма Tosoh, Tokyo, Japan). Проаналізовано нанопорошки 3Y-TZP, які отримано методом спільного осадження з механічним подрібненням протягом 48 h (3Y-TZP-48М) і без подрібнення (3Y-TZP), а також нанопорошки TZ-3Y, які отримано методом промислового гідролізу. Досліджено процес усадки зразків на початковій стадії спікання при постійній швидкості нагрівання. На основі обробки дилатометричних даних виявлено, що нанопорошки 3Y-TZP спікаються за механізмом об’ємної дифузії, а нанопорошки TZ-3Y – за механізмом зеренної дифузії. Показано, що механічна активація нанорошків зменшує рівень агрегації, призводить до зміни фазового складу, а також значно впливає на механізми спікання на початковій стадії.

The kinetics of the initial stage of sintering of two kinds of tetragonal zirconia nanopowders: 3Y-TZP, DIPE (ZrO₂–3 mol% Y₂O₃) (produced at DonIPE of NASU) and the TZ-3Y nanopowder similar in chemical composition (Tosoh, Tokyo, Japan) has been studied. To be analyzed, the 3Y-TZP nanopowders were obtained by the chemical coprecipitation method with mechanical grinding for 48 h (3Y-TZP-48M) and without grinding (3Y-TZP); the TZ-3Y nanopowders were obtained by the industrial hydrolysis. The shrinkage of the samples at the initial sintering stage was investigated at a constant rate of heating. After the processing of the dilatometric data, it was found that the 3Y-TZP nanopowders were sintered by the volume diffusion mechanism and the TZ-3Y nanopowders were sintered by the grain boundary diffusion mechanism. It was shown that the mechanical activation of nanopowders reduced the aggregation degree, resulted in a change of the phase composition and had a significant influence on the sintering mechanisms at the initial sintering stage.