Кобзарева И.В., Суворова О.В., Васильева В.Г.
Научный руководитель: канд. хим. наук, ст. преп. Артамонова О.В.,
канд. хим. наук, доц. Сергуткина О.Р.
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Синтез высококачественных прекурсоров и определение термической стабильности нанокомпозиций на основе ZrO2
Впервые отчетливо концепция наноматериалов была сформулирована Г. Глейтером, который ввел в научный обиход и сам термин (сначала как нанокристаллические материалы). Одним из направлений управления свойствами высокопрочных материалов (керамик и бетонов) является модифицирование их структуры наноразмерными частицами различной формы. Управление структурой, модифицирование и совершенствование структуры материала достигается комплексным подбором химического состава, введением наноразмерных прекурсоров на соответствующих уровнях структуры.
Главный акцент был сделан на решающей роли многочисленных поверхностей раздела в наноматериалах как основе для существенного изменения свойств твердых тел как путем модификации структуры и электронного строения, так и в результате новых возможностей легирования элементами независимо от их химической природы и атомных размеров. За последние 20 лет идеи наноструктурного материаловедения получили дальнейшее развитие.
Материалы на основе наноразмерного диоксида циркония обладают рядом специфических свойств, таких, как превосходная преломляемость, химическая устойчивость, большая механическая прочность, высокая жесткость и твердость, высокая ионная проводимость, низкая термическая проводимость при высоких температурах, хорошая термическая стабильность и устойчивость при термических ударах [1]. Таким образом, эти свойства дают большой потенциал для структурного и функционального применения данных материалов, например, в качестве: структурных керамик в жестких средах; пьезоэлектрических и электрических керамик; сенсоров кислорода; термических предельных покрытий и т.д.
Принципы технологии получения нанокерамических композиций основаны на: синтезе ультрадисперсных прекурсоров золь-гель методом [2]; гидротермальном синтезе наноразмерных кристаллов [3]; спекании нанокристаллических порошков с образованием нанокерамических композиций с размером зерна менее 800 нм [4]. Полученные нанокерамические композиции состава 10 мол.% In2O3 – 90 мол.% ZrO2 обладают высокими прочностными характеристиками: значениями микротвердости (от 70 до 170 кПа), трещиностойкости (более 25 МПа*м1/2) и прочности на сжатие (700 – 900 МПа).
На равновесной диаграмме состояния «цирконий ─ кислород» диоксид циркония существует в виде трёх кристаллических модификаций: низкотемпературной моноклинной и двух высокотемпературных ─ кубической и тетрагональной. По вышеописанной технологии получены наноразмерные композиции состава 10 мол.% In2O3 – 90 мол.% ZrO2, в которых высокотемпературные модификации стабилизированы при низких температурах в виде твёрдого раствора на основе ZrO2. С целью установления пределов их термической устойчивости прекурсоры массой около 1г были подвергнуты изотермической выдержке в предварительно нагретой муфельной печи типа SNOL 7,2./1100. Продолжительность изотермической выдержки составляла 30 мин. Затем образцы охлаждались в эксикаторе.
Все исследования проведены с привлечением современных методов физического и физико-химического анализа. ............
