Фазовая стабильность керамики на основе нанопорошков ZrO₂–3 mol% Y₂O₃, компактированных в условиях высокого гидростатического давления

Abstract

Изучена кинетика тетрагонально-моноклинного превращения в керамике из нанопорошков ZrO₂–3 mol% Y₂O₃ в атмосфере водяного пара при 140°C и нормальном давлении. Нанопорошки ZrO₂–3 mol% Y₂O₃ синтезировали методом совместного осаждения гидроксидов циркония и иттрия из растворов солей. Использовали два вида прекурсоров – оксинитрат и оксихлорид циркония. Для консолидации нанопорошков применялось высокое гидростатическое давление величиной 500 MPa с последующим спеканием на воздухе при температурах 1350–1550°С. На основе теории Колмогорова–Мейла–Джонсона проводится анализ содержания моноклинной фазы в зависимости от времени гидротермальной обработки и обсуждается возможный механизм зарождения и роста моноклинной фазы в процессе фазовой деградации керамики. Установлено, что в керамике, спеченной при 1350°С, доля моноклинной фазы, образованной в процессе деградации в течение 70 h, не превышает 10%. При этом керамика на основе оксинитрата циркония является более устойчивой к гидротермальному воздействию, чем полученная на основе оксихлорида циркония при одинаковом уровне гидростатического прессования нанопорошков.

Вивчено кінетику тетрагонально-моноклінного перетворення в кераміці з нанопорошків ZrO₂–3 mol% Y₂O₃ в атмосфері водяної пари при 140°С і нормальному тиску. Нанопорошки ZrO₂–3 mol% Y₂O₃ синтезували методом сумісного осадження гідроксидів цирконію та ітрію з розчинів солей. Використовували два види прекурсорів – оксинітрат і оксихлорид цирконію. Для консолідації нанопорошків застосовувалося високий гідростатичний тиск величиною 500 MPa з наступним спіканням в повітрi при температурах 1350–1550°С. На основі теорії Колмогорова–Мейла–Джонсона проводиться аналіз вмісту моноклінної фази в залежності від часу гідротермальної обробки й обговорюється можливий механізм зародження та зростання моноклінної фази в процесі фазової деградації кераміки. Встановлено, що в кераміці, спеченої при 1350°С, частка моноклінної фази, створеної за 70 h процесі деградації, не перевищує 10%. При цьому кераміка на основі оксинітрата цирконію є більш стійкою до гідротермального впливу, ніж отримана на основі оксихлорида цирконію при однаковому рівні гідростатичного пресування нанопорошкiв.

The kinetics of tetragonal-monoclinic transformation in ceramics obtained from the nanopowders of ZrO₂–3 mol% Y₂O₃ in a water steam at 140°C and atmospheric pressure conditions was studied. Nanopowders of ZrO₂–3 mol% Y₂O₃ were synthesized by coprecipitation technique of hydroxides of zirconium and yttrium from salt solutions. Two kinds of the precursors: zirconium oxynitrate and oxychloride were used. The nanopowders were consolidated under high hydrostatic pressure of 500 MPa and sintered at 1350–1550°C. The results analyzed by Kolmogorov–Mehl–Johnson theory shown that the content of monoclinic phase depended on the time of hydrothermal treatment. Possible mechanisms of nucleation and growth of the monoclinic phase in the process of degradation were discussed. It was established that in the ceramics samples sintered at 1350°C and aged 70 h under hydrothermal conditions, only 10% monoclinic phase was detected. It was found that the ceramics obtained from zirconium oxynitrate was more resistant to hydrothermal degradation than the ceramics obtained from zirconium oxychloride.