Структурные и механические свойства оптической керамики из магний-алюминиевой шпинели

Abstract

Исследованы механические и структурные характеристики керамики магний-алюминиевой шпинели (MgO·nAl₂O₃), полученной методом горячего прессования шихты в зависимости от технологических параметров ее синтеза, фазового состава, а также отклонения от стехиометрии. Оптимальными параметрами синтеза с точки зрения трещиностойкости (K1C) является температура синтеза 1200 °С и время 1 ч. Получена зависимость K1C от степени отклонения её состава от стехиометрического (n) в интервале 0.96...1.05, а также при легировании шихты переходными металлами Мn, Сr или Fe. Высокотемпературный отжиг в окислительной среде приводит к диффузионным потокам катионов Мg к поверхности, а в восстановительной – от поверхности в глубь образца, и формированию структуры шпинели стехиометрического состава в приповерхностном слое керамики.

Досліджені механічні та структурні властивості кераміки магній-алюмінієвой шпінелі (MgO·nAl₂O₃), одержаної методом гарячого пресування шихти в залежності від технологічних параметрів її синтезу, фазового складу, а також ступеня відхилу від стехіометрії. Оптимальними параметрами синтезу з точки зору тріщиностійкості (K1C) є температура синтезу 1200 °С тривалістю 1 г. Виявлена залежність K1C від ступеня відхилу її складу від стехіометричного(n) в інтервалі 0.96...1.05, а також при легуванні шихти перехідними металами Мn, Сr або Fe. Високотемпературний відпал в окисному середовищі призводить до появи дифузійних потоків Мg до поверхні, а в відновлювальній – від поверхні в глибину зразка, та формуванню структури шпінелі стехіометричного складу в приповерхневому шарі.

There were investigated the mechanical and structural characteristics of magnesium aluminate spinel ceramics (MgO·nAl₂O₃), prepared by hot pressing method of powder in dependence on the technological parameters of sintering, phase composition and deviation from stoichiometry. The optimal parameters of sintering to get reliable fracture toughness (K1C) were found: the temperature of calcinations 1200°С and time 1 hour. There was obtained the dependence of K1C on the degree of deviation of spinel composition from stoichiometric (n) in the range 0.96...1.05 and doping with transition metals Мn, Сr и Fe. High-temperature annealing in oxidized atmosphere leads to diffusion of Mg cations to surface, the annealing in reduced atmosphere – diffusion of Mg from surface into the bulk of sample, causing formation of spinel structure of stoichiometric composition in subsurface layer of ceramics.