Контрольная работа на тему Основы научных исследований (домашняя работа) Тема: Влияние оксидов и гидроксидов алюминия на механические свойства керамики

Содержание:

Оглавление 3
Реферат 4
Аналитический обзор 5
Материалы и методы исследования 21
Декомпозиция исследуемой системы 23
Планирование и обработка эксперимента 25
Заключение 28
Список литературы 29
Приложения 31

Заключение:

Таким образом, в рамках рассматриваемой темы и сформулированного задания можно сделать следующие выводы:
1. Аналитически обзор показал, что перспективным направлением при изготовлении керамики является применение оксидов и гидроксидов алюминия, которые оказывают влияние на ее механические свойства. Повышение прочности керамики можно повысить за счет введения незначительных количеств добавок с низким значением поверхностного натяжения, оказывающих существенное влияние на формирование межкристаллических границ.
2. Основными добавками для изготовления высокопрочной керамики являются системы Al2О3-ZrО2, а также применение СВЧ-нагрева при спекании.
3. В рамках декомпозиции установлен элементарный управляющий фактор (присадки), позволяющий изменять контролируемый критерий — предел прочности при сжатии.

Фрагмент текста работы:

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Оксид алюминия на протяжении полувека является самым распространенным материалом технической керамики благодаря таким своим свойствам, как: доступность, дешевизна, огнеупорность, хорошие механические и диэлектрические свойства, химическая устойчивость, возможность изготовления оптически прозрачных изделий, биосовместимость [1]. Разработка и совершенствование технологий изготовления алюмооксидной керамики имеет более чем столетнюю историю [2-7]. Тем не менее, исследования в этой области в целях улучшения потребительских качеств изделий, удешевления производства, создания новых разновидностей материалов на базе оксида алюминия интенсивно проводятся по настоящее время [8].
В работе [9] исследуется высокопрочный керамический материал на основе корунда, а также системы А12О3-ZrО2, с температурой спекания ниже 1500 °С, по свойствам не уступающий отечественным и зарубежным аналогам.
Автором отмечено, что на основе корунда разработано огромное количество различных видов керамики (ВК-94-1, ВК-94-2, А-94Т, ВК-95-1, ВК- 98-2, ВК-100-1, ВК-100-2, 795, 799, ЦМ-332, корундиз, синоксаль, стоал, лукалокс, сикор, корал-2, кадор, НТК). Однако большинство из перечисленных материалов требует высокой температуры обжига, которая находится на уровне 1750-1800 °С, что приводит к высоким энергозатратам, ускоренному износу термического оборудования.
Основными способами, позволяющими понизить температуру спекания керамики, являются увеличение дисперсности частиц исходного порошка, повышение дефектности его кристаллической решетки, а также введение в шихту спекающих добавок. Применение новых видов добавок, в основном эвтектических составов, за счет образования жидкой фазы в ходе обжига позволяет снизить температуру спекания до 1400-1500 °С. При этом, обеспечивается кристаллизация расплава в процессе охлаждения, что способствует получению плотных мелкокристаллических материалов.
С технологической точки зрения наиболее перспективным является получение корундовой керамики методом обыкновенного спекания, без использования дорогостоящего оборудования, применение которого необходимо в методах горячего и горячего изостатического прессования.
В результате проведенных исследований предложены эвтектические многокомпонентные добавки MnО-Al2О3-SiО2 и FeО-Al2О3-SiJ2 с температурами плавления 1140 и 1115 °С, введение которых в корунд и систему Al2О3-ZrО2 позволяет получать плотноспекшиеся материалы при температуре 1450 °С. Оптимальным количеством марганец- и железосодержащей добавки было 4 % (массовое содержание), упрочняющей добавки диоксида циркония — 20 % (массовое содержание). Введение содержащей цинк добавки (до 5 % по массе) не позволило получить спекшегося материала при такой температуре.
Путем совместного введения эвтектики МnО-Al2O3-SiO2 и упрочняющей добавки ZrО2 в Аl2О3 разработан керамический материал с нулевой открытой пористостью, закрытой пористостью около 1 %, размером кристаллов корунда 1-2 мкм, пределом прочности при изгибе 550±40 МПа, трещиностойкостью 8,4 ± 1,0 МПа м1/2, микротвердостью 13,4 ГПа, модулем Вейбулла 18. Посредством использования добавки FeO-Al2О3-SiO2 в корунд, содержащий частично стабилизированный диоксид циркония, получен материал с нулевой открытой пористостью, закрытой пористостью на уровне 1 %, размером кристаллов корунда 3-4 мкм, пределом прочности при изгибе 600±50 МПа, микротвердостью 13,6 ГПа, модулем Вейбулла 17. Корунд был синтезирован из гидроксида алюминия.
Установлено, что спекание с добавкой МnО-Al2О3-SiO2 протекает по двухстадийному механизму: в области низких температур процесс определяется плотностью заготовок, в области высоких температур скорость спекания определяется природой исходного сырья, смена механизмов происходит в момент появления жидкой фазы в системе. В работе показано, что разрушение плотной керамики на основе оксида алюминия независимо от природы добавок происходит по единому механизму.
В работе [10] рассматриваются керамические материалы на основе корунда для электроники, машиностроения, конструкционного назначения (ВК-94, ВК-98, ВК-99, ВК100-1, ВК100-2, ЦМ-332, лукалокс и др.). Основными недостатками перечисленных материалов являются неравномерная микроструктура или наличие стекловидной фазы, что снижает механические характеристики.
В РХТУ им. Д. И. Менделеева был создан корундовый материал корал-2 со средним размером кристаллов 3-5 мкм и прочностью 400 МПа, технология получения которого заключается во введении небольшого количества (1 %, массовое содержание) эвтектической мелкокристаллической добавки состава Al2O3-ZrO2 в промышленный глинозем ГЛМК. К недостаткам данного материала можно отнести непроизводительный метод синтеза добавки, повышенную пористость при спекании в воздушной среде, необходимость обжига в вакууме для повышения плотности.