Презентация на тему: Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,

Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений, включая оксиды
Высокие температуры
Варианты классификации высокотемпературных материалов
Примеры изделий, работающих в экстремальных температурных условиях
Плотность и температуры плавления ряда бескислородных тугоплавких соединений
Перспективы использования неоксидных тугоплавких соединений
Конструкционная керамика для ГТД и других применений на основе Si 3 N 4 ; SIALON’ S ; AlN, BN, SiC, SiC-AlN, SiC-MeB 2
Критерии работоспособности и долговечности материалов при высоких температурах
Термодинамические критерии выбора основных компонентов высокотемпературных материалов
Кинетические критерии выбора основных компонентов высокотемпературных материалов
Работоспособность однофазных неоксидных керамических материалов в окислительной и нейтральной среде
Окисление нитрида кремния и керамики на его основе
Кинетические кривые окисления керамики на основе нитрида кремния с добавками оксидов при 1000С ( а,в ) и 1300С ( б,г )
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Очаги образования высокотемпературной стеклофазы на основе сиалона
Очаги образования высокотемпературной стеклофазы на основе сиалона при окислении
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Коэффициент температуропроводности поликристаллического SiC с различным размером зерна
Окисление карбида кремния
Кинетические кривые окисления само-связанного ( а) и рекристаллизованного (б,в) карбида кремния при 1400 (1), 1300 (2), 1200 (3), 1100 (4) и 1000С (5)
Реакции, протекающие при окислении нитридов алюминия и бора
Кинетические кривые окисления спеченного AlN в кислороде и горячепрессованного AlN в воздухе 900 (1), 1000 (2), 1100 (3), 1300 (4), 1420 (5), 1490 (6), 1620
Кинетические кривые окисления в кислороде пиролитического ( а) и графитоподобного ( б ) нитрида бора при 900 (1), 950 (2), 1000 (3), 1100 (4), 1200С (5)
Керамика на основе систем BN-AlN и BN-B 4 C,
Сверхвысокотемпературная конструкционная керамика на основе системы ZrB2-SiC-ZrSi2
Некоторые композиции керамики на основе системы ZrB 2 -ZrSi 2 -SiC и режимы их горячего прессования
Типичная микроструктура композита
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Механические свойства
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Свойства горячепрессованных образцов ZrB 2- SiC-ZrSi 2 в зависимости от объемного содержания ZrSi 2 в композите
Свойства керамики ZrB 2- MoSi 2
Высокотемпературная приставка к установке для механических испытаний керамики в окислительной среде
Высокотемпературная прочность керамика на основе системы ZrB2-SiC-ZrSi2 RT 1400 o C
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Жаровая труба из UHTCs керамики для горелки тепловой электростанции, работающей на угле
СВС оксидно-керамические теплозащитные покрытия ( Al + SiO 2 Al 2 O 3 + Si + SiO 2 (res) + Q)
Свойства керамики Al 2 TiO 5 (AT)
В ы в о д ы
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Термодинамические свойства оксидов
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Гидротермальное разложение в щелочной среде смеси соосажденных гидроксидов
Морфология частиц гидроокисей и смесей
Изменение удельной поверхности и морфология частиц порошков
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Влияние минерализатора ( AlF 3 ) на свойства порошков
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Треки трещин в самоармированных материалах системы ZrO 2 -Y 2 O 3 -CeO 2 -Al 2 O 3
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
Изделия медицинского назначения
Биоинертные имплантаты на основе ZrO 2
Thermal Ceramics: 2 examples.
HMG1
Применение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,
1/66
Средняя оценка: 4.7/5 (всего оценок: 17)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (36751 Кб)
1

Первый слайд презентации: Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений, включая оксиды

Разработка легких коррозионно-стойких керамических композитов с высокой прочностью и эксплуатационными характеристиками при температурах до 1600oC на основе тугоплавких боридов, нитридов, карбидов, силицидов с участием оксидов и на их основе. Изучение эволюции их структурного состояния и комплекса физико-механических свойств.

Изображение слайда
2

Слайд 2: Высокие температуры

Определим интервал высоких температур как таких, при которых закрытая система в течение относительно короткого времени (часы-минуты) приближается к равновесию. Температуры, при которых известные вещества не существуют в виде равновесных конденсированных фаз, будем относить к сверхвысоким. Если условия эксплуатации или технологической обработки сопряжены с воздействием высокотемпературной внешней среды, материал или полуфабрикат вместе с этой средой образуют закрытую или открытую высокотемпературную систему.

Изображение слайда
3

Слайд 3: Варианты классификации высокотемпературных материалов

По химическому составу : на основе металлических сплавов на основе оксидов на основе неоксидных тугоплавких соединений на основе углерода По структуре : монокристаллические поликристаллические однофазные поликристаллические многофазные нанокристаллические градиентные По технологии : плавленые и затвердевшие обработанные ковкой, прокаткой, экструзией спеченные ( керамика, металлокерамика ) композиты, получаемые технологической сборкой осаждаемые и напыляемые покрытия

Изображение слайда
4

Слайд 4: Примеры изделий, работающих в экстремальных температурных условиях

Всесторонний нагрев, объемный прогрев Лопатки газовых турбин, жаровые трубы Оболочки ТВЭЛов ядерных реакторов Детали управляющих систем ракетных двигателей Высокотемпературные нагреватели, огнеупоры Термоэмиторы электронов Световые и инфракрасные излучатели Односторонний нагрев, градиентный прогрев Электрические сильноточные контакты, сварочные электроды Неохлаждаемые сопла плазмотронов Внешняя теплозащита корпуса ракеты, спускаемого аппарата Внутренняя теплозащита соплового тракта ракетного двигателя

Изображение слайда
5

Слайд 5: Плотность и температуры плавления ряда бескислородных тугоплавких соединений

Соединение Т пл, °С ρ,г/см 3 Соединение Т пл, °С ρ, г/см 3 Соединение Т пл, °С ρ,г/см 3 ZrB 2 3245 6,08 ZrC 3530 6,8 ZrN 2950 7,29 HfB 2 3380 11,2 HfC 3890 12,2 HfN 3385 13,9 TiB 2 2970 4,52 TiC 3100 4,94 TiN 2950 5,39 TaB 2 3040 12,5 TaC 3800 14,5 TaN 2700 14,3 NbB 2 3050 6,97 NbC 3500 7,6 - - - B 4 C 2445 2,52 SiC 2730 3,2 - - -

Изображение слайда
6

Слайд 6: Перспективы использования неоксидных тугоплавких соединений

Перспективы использования бескислородных тугоплавких соединений по сравнению с кислородсодержащими (оксидными) связаны не только с повышенными точками плавления первых, но и с их более высокими характеристиками термопрочности и термостойкости, что и предопределяет возможность их применения в высокотемпературных узлах и агрегатах несмотря на риск деградации свойств при высокотемпературном окислении и коррозии материала в агрессивных средах. Последнее требует изыскания способов повышения стойкости к окислению с помощью образующихся на поверхности слоев окалины или с помощью специально наносимых защитных покрытий. Целью структурного конструирования поверхности керамики с помощью покрытий и оксидных слоев является также повышение надежности материала за счет залечивания дефектов и самоармирования приповерхностных слоев.

Изображение слайда
7

Слайд 7: Конструкционная керамика для ГТД и других применений на основе Si 3 N 4 ; SIALON’ S ; AlN, BN, SiC, SiC-AlN, SiC-MeB 2

Temperature dependence of strength for SiC-TiB 2 composites Structure of HPSN Керамические детали ГТД

Изображение слайда
8

Слайд 8: Критерии работоспособности и долговечности материалов при высоких температурах

Изображение слайда
9

Слайд 9: Термодинамические критерии выбора основных компонентов высокотемпературных материалов

Прямые : Температура плавления Температура испарения ( сублимации, диссоциации ) Энтальпия плавления Энтальпия испарения (сублимации) Энтальпия образования, диссоциации Химическое сродство к кислороду Непрямые : Коэффициент теплового расширения Дебаевская характеристическая температура Модуль всестороннего сжатия, сжимаемость

Изображение слайда
10

Слайд 10: Кинетические критерии выбора основных компонентов высокотемпературных материалов

Коэффициенты объемной и зернограничной самодиффузии Параметры реакционной диффузии при межфазном взаимодействии Параметры термически активируемого перемещения дислокаций Скорость испарения, сублимации Скорость растворения в расплавах Параметры гетерогенных реакций взаимодействия с агрессивными газами

Изображение слайда
11

Слайд 11: Работоспособность однофазных неоксидных керамических материалов в окислительной и нейтральной среде

Высокотемпературные материалы демонстрируют катастрофическое снижение рабочей температуры в окислительной среде Ceramics r, g/cm 3 T m, o C Maximum-Use Temperature, o C Oxidizing media Inert media Si 3 N 4 3.2 ~2600 1300 1800 SiC 3.16 2830 1400-1500 2000 ZrC 6.6 3420 800 3000 AlN 3.12 2400 1300 2100 BN 2.3 ~3000 1200 2400

Изображение слайда
12

Слайд 12: Окисление нитрида кремния и керамики на его основе

Реакции при окислении нитрида кремния: 1) Si 3 N 4 + 3O 2 = 3SiO 2 + 2N 2 2) Si 3 N 4 + 3SiO 2 = 6SiO ( газ) + 2 N 2 3) 2Si 3 N 4 + 3O 2 = 6SiO ( газ) + 4N 2 4) 4Si 3 N 4 + 3O 2 = 6Si 2 N 2 O + 2N 2 5) 2Si 2 N 2 O + 3O 2 = 4SiO 2 + 2N 2 На характер окисления керамики на основе нитрида кремния существенно влияют добавки оксидов MgO, Al 2 O 3, Y 2 O 3, ZrO 2. Кинетика окисления описывается логарифмическим (1) или параболическим (2) законом: D m/S = K (log) lg t + C (1) ; D m/S = (K par t) 1/2 (2) D m ~ x (x – толщина оксидного слоя)

Изображение слайда
13

Слайд 13: Кинетические кривые окисления керамики на основе нитрида кремния с добавками оксидов при 1000С ( а,в ) и 1300С ( б,г )

Изображение слайда
14

Слайд 14

Изображение слайда
15

Слайд 15: Очаги образования высокотемпературной стеклофазы на основе сиалона

Изображение слайда
16

Слайд 16: Очаги образования высокотемпературной стеклофазы на основе сиалона при окислении

Изображение слайда
17

Слайд 17

Микроструктура SiC с добавками различных элементов Laboratory for Advanced Ceramics Indian Institute of Technology, Kanpur 6 Coorg April 5-7, 2004

Изображение слайда
18

Слайд 18: Коэффициент температуропроводности поликристаллического SiC с различным размером зерна

Изображение слайда
19

Слайд 19: Окисление карбида кремния

Реакции окисления карбида кремния 1) SiC + 2O 2 = SiO 2 + CO 2 2) 2SiC + 3O 2 = 2SiO 2 + 2CO 3) SiC + 2SiO 2 = 3SiO (газ) + CO 4) SiC + O 2 = SiO (газ) + CO x = K n t n 0,3 < n < 1 A 1 x 2 + A 2 x + A 3 = t

Изображение слайда
20

Слайд 20: Кинетические кривые окисления само-связанного ( а) и рекристаллизованного (б,в) карбида кремния при 1400 (1), 1300 (2), 1200 (3), 1100 (4) и 1000С (5)

Изображение слайда
21

Слайд 21: Реакции, протекающие при окислении нитридов алюминия и бора

1) 4AlN + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + 2N 2 2) 2AlN + 2O 2 = Al 2 O 3 + N 2 O 3) 4AlN + 5O 2 = 2Al 2 O 3 + 4NO 4) 4BN + 3O 2 = 2B 2 O 3 + 2N 2 5) 2BN + 2O 2 = B 2 O 3 + N 2 O 6) 4BN + 5O 2 = 2B 2 O 3 + 4NO

Изображение слайда
22

Слайд 22: Кинетические кривые окисления спеченного AlN в кислороде и горячепрессованного AlN в воздухе 900 (1), 1000 (2), 1100 (3), 1300 (4), 1420 (5), 1490 (6), 1620 (7), 1680С (8)

Изображение слайда
23

Слайд 23: Кинетические кривые окисления в кислороде пиролитического ( а) и графитоподобного ( б ) нитрида бора при 900 (1), 950 (2), 1000 (3), 1100 (4), 1200С (5)

Изображение слайда
24

Слайд 24: Керамика на основе систем BN-AlN и BN-B 4 C,

полученная методом реакционного спекания Property Temperature,  C Numerical value ABN BNC Maximum-use temperature,  C: in the air in argon in nitrogen 1600 2200 2400 1 7 00 2500 2700 Density, g/cm 3 20 2.1-2.3 1.8-1.9 Compression strength, MPa 20 2020 90 — 30 47,5 Bending strength, MPa 20 67,0 18,0 Module of elasticity, GPa 2 0 1800 — — 138. 3 122. 5 Specific electrical resistance, Om  c m 20 – 600 800 – 1200 1320 – 2 000 2  10 11 – 2 10 7 9 10 6 – 6 10 4 – – 10 13 - 3  10 6 1 10 6 - 2 10 4 Coefficient of thermal expansion,  10 -6, grad -1 20 – 400 400 – 600 600 – 1100 2,23-4,05 4,35 4,50 0.77 1.9-4.3 4.4 – 4.6 Thermal shock resistance, the number of thermo-circles, air 1200 – 20 2000 – 20 up to 70 – > 100  30 – 40

Изображение слайда
25

Слайд 25: Сверхвысокотемпературная конструкционная керамика на основе системы ZrB2-SiC-ZrSi2

В последнее десятилетие в мире (США, Китай, Япония, страны ЕС) в области материаловедения интенсивно развиваются работы по новому направлению – „Ультра-высокотемпературная конструкционная керамика (УВТК) для работы в агрессивных средах при температурах выше 1600 С”. УВТК является новым классом конструкционных материалов, являющимися фактически композитами с керамической матрицей и имеющими на поверхности защитные от окисления структуры. Типичным представителем УВТК является керамика системы ZrB 2- SiC в которой при окислении на поверхности создается защитное многослойное покрытие ZrO 2- SiO 2.

Изображение слайда
26

Слайд 26: Некоторые композиции керамики на основе системы ZrB 2 -ZrSi 2 -SiC и режимы их горячего прессования

# Samples Charge composition, vol.% Hot pressing regimes Bending strength, MPa Porosity, % SiC ZrB 2 * ZrSi 2 * τ of isothermal duration, min T of isothermal duration, o C P, MPa 1 U SS 1 - 93.5 6.5 15 2125 30 370 11 2 USS3 26 67 7 10 2125 30 223 3.5 3 USS4 50 46 4 15 2125 30 450 0 4 USS6 60 37 3 20 2125 30 380 5.7 5 USS6 60 37 3 30 2125 30 270 11.5 6 USS6 60 37 3 45 2125 30 260 13 *The relation of ZrB 2 : ZrSi 2 in a charge was equal to 92 : 8. The deviation of composition from this relation was conditioned by the thresh of ZrB 2 ball material under grinding.

Изображение слайда
27

Слайд 27: Типичная микроструктура композита

SEM micro - photopicture for the USS4 ceramics

Изображение слайда
28

Слайд 28

EDX: Light area in ZrB 2 is Hf- and C-rich but poor in B! Boron-Peak there shifted by app. -0.2 keV Фазовый состав УВТК SiC ZrB 2 X ≈ (Zr,Hf)(B,C)

Изображение слайда
29

Слайд 29

Lattice parameters of new cubic phase. The dependence of cubic phase volume content from ZrSi 2 volume content in the charge. USS- образцы представляют собою 3- или 4-хфазные системы: ZrB 2, SiC, (Zr, Hf)(B,C,N) ± ZrSi 2 Фазовая «сборка»

Изображение слайда
30

Слайд 30

a b Зависимость вязкости разрушения керамики ZrB 2 -SiC (a) и ZrB 2 -ZrSi 2 -SiC (b) от содержания SiC и нагрузки на индентер

Изображение слайда
31

Слайд 31: Механические свойства

Dependence of hardness of ZrВ2 –SiC (а) and ZrВ2 – ZrSi2 – SiC ( b ) ceramics on SiC content

Изображение слайда
32

Слайд 32

a b Зависимость контактной прочности при растяжении ( CTS) и сжатии (CCS), а также микроструктурной прочности (S) керамики ZrB2-SiC (a) и ZrB2-ZrSi2-SiC (b) от содержания SiC ( нагрузка 200 N)

Изображение слайда
33

Слайд 33: Свойства горячепрессованных образцов ZrB 2- SiC-ZrSi 2 в зависимости от объемного содержания ZrSi 2 в композите

Изображение слайда
34

Слайд 34: Свойства керамики ZrB 2- MoSi 2

Изображение слайда
35

Слайд 35: Высокотемпературная приставка к установке для механических испытаний керамики в окислительной среде

Изображение слайда
36

Слайд 36: Высокотемпературная прочность керамика на основе системы ZrB2-SiC-ZrSi2 RT 1400 o C

Изображение слайда
37

Слайд 37

USS-32 – 75 vol. % (97 vol. % ZrB2+3 vol. % ZrSi2) +25 vol. % SiC USS-43 - 52 vol. % (84.5vol. % ZrB2+15.5 vol. % ZrSi2) +48 vol. % SiC USS-72 - 33vol. % (88 vol. % ZrB2+12vol. % ZrSi2) +66.7 vol. % SiC US-20 – 81.4 vol.% ZrB2+18.6 vol.% SiC USS-22 - 78 vol.% ZrB2+17.6 vol.% SiC+4.2 vol.% ZrSi2 USS-23 - 75.4 vol.% ZrB2+17.2 vol.% SiC+7.4 vol.% ZrSi2 ZrB2 -20 vol.% MoSi2

Изображение слайда
38

Слайд 38

Установка для проведения экспериментов по окислению

Изображение слайда
39

Слайд 39

a b a – Structure of USS4 oxidized sample fracture after 50 h oxidation in O 2 at 1500 o C; b – pictures of oxidized (at 1500 o C) samples: on the middle – ZrB 2 -ZrSi 2 -SiC samples; on both sides - ZrB 2 -SiC ones.

Изображение слайда
40

Слайд 40

Изотермическое окисление при 1500 º C ,  experiment — model ZrB 2 - SiC ZrB 2 – SiC – ZrSi 2

Изображение слайда
41

Слайд 41

Вид верхней поверхности : USS 41,1500°C, O 2 2,8 mg/cm 2 3 h 24 h 35 h 9,7 mg/cm 2 8,1 mg/cm 2

Изображение слайда
42

Слайд 42: Жаровая труба из UHTCs керамики для горелки тепловой электростанции, работающей на угле

Изображение слайда
43

Слайд 43: СВС оксидно-керамические теплозащитные покрытия ( Al + SiO 2 Al 2 O 3 + Si + SiO 2 (res) + Q)

# Al Al 2 O 3 SiO 2 C Каолин Сиалон H 3 BO 3 SiC 1 25 13 57,5 - - - - - 2 25 13 50 7,5 - - - - 3 31,2 25 31,2 7,6 - - - - 4 25 10 - 7,5 55 - - - 5 - - 27 7,5 - 53 9 - 6 20 10 - 7,5 - 52,5 8 5 Теплозащитные покрытия на основе алюмосиликатов и других тугоплавких соединений с армированием металлической тканью предназначены для защиты поверхностных слоев конструкционной керамики и огнеупоров.

Изображение слайда
44

Слайд 44: Свойства керамики Al 2 TiO 5 (AT)

Advantages: High melting Point (1860°C) Extremely low thermal expansion Excellent thermal shock resistance CHALLENGE: To improve the following properties by growing the directionally solidified eutectic (DSE) composition: Refractoriness Mechanical strength and toughness Thermal decomposition resistance Al 2 TiO 5 Al 2 O 3 Al 2 O 3 rich phase: toughness of 346 MPa! DSE Microstructure

Изображение слайда
45

Слайд 45: В ы в о д ы

Керамические материалы на основе бескислородных тугоплавких соединений наиболее перспективны для эффективного применения в особо экстркмальных условиях эксплоатации (высокие температуры, агрессивные среды). Принципы структурного конструирования керамических композитов позволяют оптимизировать составы и режимы реакционного гарячего прессования ультравысокотемпературной керамики системиы ZrB 2 - ZrSi 2 - ZrC - SiC. Добавка силицида циркония активирует спекание и приводит к повышению жаростойкости и прочностных характеристик. В ряде случаев необходима дополнительная защита неоксидной керамики от высокотемпературного окисления с помощью осидных композиций, наносимых на поверхность изделий в виде покрытий.

Изображение слайда
46

Слайд 46

Керамические материал ы на основе тугоплавких оксидных систем для машиностроения, энергетики и медицины

Изображение слайда
47

Слайд 47: Термодинамические свойства оксидов

Изображение слайда
48

Слайд 48

ZrO 2 – Y 2 O 3 ZrO 2 – CeO 2 ZrO 2 – Al 2 O 3 ZrO 2 – Y 2 O 3 – CeO 2 ZrO 2 – Y 2 O 3 – Al 2 O 3 Керамические м атериалы в системах на основе ZrO 2 ZrO 2 – Y 2 O 3 – CeO 2 – Al 2 O 3 Самоармовані композити Багатошарові композити Біоінертні імплантати Состав  Дисперсность  Структура  Свойства Характеристики исходных порошков Своства материалов

Изображение слайда
49

Слайд 49: Гидротермальное разложение в щелочной среде смеси соосажденных гидроксидов

Видалення маткового розчину, декантація, центрифугування, дегідратація; Сушка при 60-80 0 С, 6-8 годин; Відпал порошків; Розмел у планетарному млині, 2 години; Сушка суспензії при 90 0 С, 6 години Розчин ZrО(NO 3 ) 2 · 2H 2 O або ZrOCl 2. 8H 2 O Розчин Y(NO 3 ) 3 · 6H 2 O Розчин Al(NO 3 ) 3 ·9H 2 O Розчин Се(NO 3 ) 3 · 6H 2 O Змішування розчинів Спільне осадження, рН  10  NH4OH Старіння суміші гідроксидів при кип'ятінні. Багаторазова декантація суспензії для видалення аніонних залишків (NO 3 ) -,Cl - ). Сушка осаду до в'язко-пластичного стану. Гідроліз висококонцентрованого гелю, рН  9  t=190-220 0 C, 4-5 годин Готовий порошок Zr(OH) 4 + n H 2 O  ZrO 2 + n H 2 O Сe(OH) 3 + n H 2 O  CeO 2 + n H 2 O Y(OH) 3 + n H 2 O  Y 2 O 3 + n H 2 O Al(OH) 3 + n H 2 O  Al 2 O 3 + n H 2 O

Изображение слайда
50

Слайд 50: Морфология частиц гидроокисей и смесей

а) 97 мол. % ZrО 2 – 3 мол. % Y 2 O 3 ; б) 95 мол. % ZrО 2 – 2 мол.% CeO 2 - 3 мол. % Y 2 O 3 ; в) 90 % за масою ZrО 2 (3Y 2 O 3 ) – 10 % за масою Al 2 O 3, г) 90 % за масою ZrО 2 (8CeО 2,2Y 2 O 3 )– 10 % за масою Al 2 O 3, д) 80 % за масою Al 2 O 3 – 20 % за масою ZrО 2 (5CeО 2,2Y 2 O 3 ), Морфологія первинних частинок порошків після гідротермальної обробки Морфологія агломератів порошків після гідротермальної обробки Морфологія агломератів порошків після сумісного осадження F-ZrO 2 + γ-AlO(ОН) γ-AlO(ОН) Правило Оствальда Принцип орієнтаційної відповідності Данкова

Изображение слайда
51

Слайд 51: Изменение удельной поверхности и морфология частиц порошков

Зміна питомої поверхні порошків при відпалі в інтервалі температур 400 о С – 1300 о С а – ступеневий нагрів; б – безперервний нагрів. Загальні закономірності : підвищення температури низькотемпературного фазового переходу F-ZrО 2  Т-ZrО 2 ; взаємне гальмування росту частинок ZrО 2 і Al 2 O 3, пластинчаста форма частинок  - Al 2 O 3 ; формування Т-ZrО 2 і  - Al 2 O 3 як результат самоорганізації систем у процесі термічної обробки (спікання) вільно насипаних порошків при 400-1300  С; висока активність отриманих порошків. Морфологія агломератів порошку складу 90 % за масою ZrО 2 (8CeО 2,2Y 2 O 3 ) - 10 % за масою Al 2 O 3 після термічної обробки за ступеневим режимом

Изображение слайда
52

Слайд 52

Варіювання фазовим складом, організація структурних перетворень, зміна термодинамічних умов спікання SiC, Si 3 N 4, AlN, Al 2 O 3, ZrO 2 Високі характеристики міцності матеріалів у системі ZrO 2 -Y 2 O 3 -CeO 2 -Al 2 O 3 обумовлені сукупною дією матриці на основі ZrO 2 (Y 2 O 3, CeO 2 ) та зміцнюючої фази -  -Al 2 O 3. Самоармированные материалы в системе ZrO 2 -Y 2 O 3 -CeO 2 -Al 2 O 3 армуюча фаза – β -Al 2 O 3 Композиты, упрочненные частицами Самоармування реалізується при аномальному рості зерен фаз, які формуються з одного або декількох компонентів. При спіканні крупніші неізометричні зерна різної морфології формуються в дрібнозернистій матриці. Підвищення характеристик міцності матеріалів обумовлено комбінованою дією механізмів трансформаційного зміцнення та відхилення/ /розгалудженння тріщин ZrO 2 ( Y 2 O 3,CeO 2 ) – α – Al 2 O 3

Изображение слайда
53

Слайд 53

Окремі стадії одержання самоармованих композитів у системі ZrO 2 -Y 2 O 3 -CeO 2 -Al 2 O 3 направлені на формування негомогенної мікроструктури, в якій пластинки армуючої фази α – Al 2 O 3 хаотично розташовані у матриці на основі твердого розчину ZrO 2. Виробництво вихідних порошків Гідротермальний синтез Формування зразків Холодне одновісне формування Спікання Комбінований режим Питома поверхня : 70-80 м 2 / г ; Розмір первинних частинок : 10-20 нм Проектирование самоармированных композитов 90 % за масою ZrO 2 ( 8 CeO 2,2 Y 2 O 3 ) – 10 % за масою Al 2 O 3 Повітря + вакуум

Изображение слайда
54

Слайд 54

Мікроструктури зразків після послідовного спікання на повітрі при 1300  C, 2 години та в вакуумі при 1450  C,1 годину : a,c – мікроструктура ; b,d – розподіл алюмінію.  = 0,95 Т- ZrO 2, М- ZrO 2, сліди F- ZrO 2,  -Al 2 O 3 та СеAlO 3 1300  С, 2 г, повітря + 1450  С, 1 г, вакуум 1150  С, 2 г, повітря + 1450  С, 1 г, вакуум  = 0,94 Т- ZrO 2, СеAlO 3 сліди М- ZrO 2 Ефект Хедвала

Изображение слайда
55

Слайд 55: Влияние минерализатора ( AlF 3 ) на свойства порошков

Рентгенограма і морфологія порошку α -Al 2 O 3, одержаного після відпалу суміші нітрату алюмінію з мінералізатором при температурі 650 о С, 6 годин Морфологія порошків 97 мол.% ZrO 2 – 3 мол.% Y 2 O 3 (а,б) і 90 мол. % ZrO 2 –8 мол.%CeO 2 –2 мол.%Y 2 O 3 (в,г) після відпалу в присутності АlF 3 при температурі 700  С (а,в) і 1000  С (б,г). Морфологія порошк у 90% ZrО 2 (8CeО 2,2Y 2 O 3 )10% Al 2 O 3, одержаного після обробки AlF 3

Изображение слайда
56

Слайд 56

Мікроструктура зразків з порошку, обробленого мінералізатором після послідовного спікання при 1300  C, 2 години на повітрі та в вакуумі при 1450  C,1 годину : a – мікроструктура ; b – розподіл алюмінію ; c- розподіл церію. 1150  С, 2 г, повітря + 1450  С, 1 г, вакуум  = 0,92 Т- ZrO 2, М- ZrO 2,  - Al 2 O 3, сліди F- ZrO 2 1300  С, 2 г, повітря + 1450  С, 1 г, вакуум  = 0,96 Т- ZrO 2, М- ZrO 2,  - Al 2 O 3, сліди F- ZrO 2 Ріст пластинок: ріст зерен процес дозрівання за Оствальдом

Изображение слайда
57

Слайд 57

Мікроструктура зразків з мінералізатором Після послідовного спікання на повітрі при 1300  C, 6 годин Та в вакуумі in при 1450  C,1 година : a – мікроструктура ; b, e – розподіл цирконію ; c, f – розподіл алюмінію ; d, g - розподіл церію. 1300  С, 6 г, повітря + 1450  С, 1 г, вакуум  = 0,98-0,99 Т -ZrO 2,  - Al 2 O 3, сліди Ce 2 O 3 · 11Al 2 O 3 Утворення армуючої фази 1300 о С  спікання в області нормального росту зерен ZrO 2 ; CeO 2  Ce 2 O 3 ; Al 2 O 3 + Ce 2 O 3  СеAlO 3  Ce 2 O 3 · 11Al 2 O 3

Изображение слайда
58

Слайд 58: Треки трещин в самоармированных материалах системы ZrO 2 -Y 2 O 3 -CeO 2 -Al 2 O 3

Мікротвердість композиту (Н,МPа): 15600 В‘язкість руйнування, ( К 1с,МPа · m 0,5 ): 17 [Evans – Charles]; 20 [Niihara] ; 19 – 21 [Shetty] Міцність, σ виг, МPа : 900 - 1000 Самоармовані композити у системі ZrO 2 -Y 2 O 3 -CeO 2 -Al 2 O 3 перспективні для розробки конструкційних матеріалів Фрактограми самоармованого композиту

Изображение слайда
59

Слайд 59

Биоинертн ы е имплантаты на основе ZrO 2 Використання нанокристалічного порошку ZrО 2, спільно легованого Y 2 O 3 та CeO 2 Одержання регулярної мікроструктури зразків Спікання зразків при зниженій (  1300  С) температурі для формування дрібнозернистої структури голівок 95 мол. % ZrО 2 –2 мол. % CeO 2 –3 мол. % Y 2 O 3 Комплексна обробка вихідних порошків

Изображение слайда
60

Слайд 60: Изделия медицинского назначения

Біоімплантати Хірургічні скальпелі Елементи твердих електролітів Изделия для энергетики Тарілчасті

Изображение слайда
61

Слайд 61: Биоинертные имплантаты на основе ZrO 2

Мікроструктура біоімплантату Фотографія біоімплантатів головки шийки стегна Рентгенограми ендопротезів після : а – спікання при 1300  С, 2 години на повітрі; б – обробки в гідротермальних умовах при 140  С, 7 годин.

Изображение слайда
62

Слайд 62: Thermal Ceramics: 2 examples

Passive: (Electrical Non Conductor) Thermal Insulators Thermal and Chemical Barriers Preventing Loss of Thermal Energy Thermal Ceramics Conversion of Thermal Energy at High Temperatures Thermal Ceramics

Изображение слайда
63

Слайд 63: HMG1

Ball Size 1mm 3mm 5mm Service Temperature 1900C 1900C 1900 Density g/cc (approx) 1.1 1.1 1.1 Surface area cm2/g 1240 950 990 Alumina/Silica 92/8 92/8 92/8 Crushing Strength About 10Kg of load supported by each ball. Thermal Conductivity w/mK 0.2 0.2 0.2

Изображение слайда
64

Слайд 64: Применение

FractalBalls™ have a porosity of about 70%; when loosely stacked the porosity is about 85%, FractalGlue™ bonded FractalBalls™ have a porosity of 75% whereas Fractalins™ have a porosity of about 80%. FactalBalls™ glued with FractalGlue™ has a strength of 5 MPa whereas Fractalins™ have a strength of about 6 MPa. Light weight structure materials. Armor, bio-ceramic, abrasive brake pads etc. Coatings for surfaces (metals, ceramics, polymers.) Thermal insulation Fire protection and stops High temperature furnace linings Gas combustion burners

Изображение слайда
65

Слайд 65: ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основними результатами досліджень є вивчення закономірностей процесів, що відбуваються у нерівноважних термодинамічних системах, утворених синтезованими нанокристалічними порошками, при одержанні з них матеріалів. Достовірні та надійні дані про фізико-хімічні закономірності зміни властивостей нанокристалічних порошків і композитів, отриманих із цих порошків, є науковою основою для створення нових оксидних матеріалів конструкційного та медичного призначення з підвищеними фізико-механічними характеристиками. Дослідження проведено із залученням сучасних методів фізико-хімічного аналізу: диференціально - термічного та рентгенофазового, електронної та оптичної мікроскопії, петрографічних досліджень.

Изображение слайда
66

Последний слайд презентации: Высокотемпературные керамические материалы на основе тугоплавких соединений,

If we had…. non-ablative materials that could withstand 2750 ° C … materials that were exceptionally good thermal conductors… oxidation resistant and impact resistant ceramic composites … composites that combined a shape changing component into the matrix… we could…. use passively cooled leading edges which would simplify the reentry envelop and reduce life-cycle costs. eliminate the need for actively cooled structures which would lower the weight and reduce system complexity. eliminate the need to have a structural framework over-coated with a thermal protection system. adapt to changes in surface pressure or temperature to modify the structure thus improving performance.

Изображение слайда