Исследовано влияние циклического спекания на фазовый состав и параметры кристаллической структуры на поверхности и в приповерхностном слое керамик на основе системы ZrO2-MgO доэвтектоидного и заэвтектоидного составов. Показано, что на поверхности керамики доэвтектоидного состава с увеличением числа циклов спекания уменьшалась до полного исчезновения доля высокотемпературных фаз ZrO2. В приповерхностном слое, напротив, доля высокотемпературных фаз возрастала с каждым циклом спекания. На поверхности и в приповерхностном слое керамик заэвтектоидного состава доля высокотемпературной кубической модификации ZrO2 с увеличением числа циклов спекания только возрастала.

Исследованы структура и механические свойства керамических композитов ZrO2-Y2O3-Al2O3 с волокнами a-Al2O3, сформированными в результате низкотемпературного отжига и последующего спекания на воздухе, в матрице ZrO2. Предел прочности на изгиб, твердость по Виккерсу и вязкость разрушения спеченных композитовZrO2-Y2O3-Al2O3 с волокнами достигали 600 МПа, 10.8 ГПа и 9 МПахм, соответственно.

Изучены особенности фазового состава и структуры нанокристаллических порошков на основе диоксида циркония, возникающие при нагреве. Обнаружена осцилляция микроискажений решетки, обусловленная изменением дефектной структуры кристаллитов. Установлено, что фазовый состав данного материала определяется уровнем микроискажений.

Изучены образцы горячепрессованной нанокристаллической керамики на основе плазмохимических порошков. Проведен количественный и качественный рентгенофазовый анализ, а также изучены механические характеристики всех полученных образцов. Показано, что с увеличением MgO степень тетрагональности, а также содержание моноклинного диоксида циркония линейно уменьшаются при всех температурах горячего прессования. кристаллиты фазы диоксида циркония в диапазоне температур от 1570 до 1970 К имеют размер от 35 до 90 нм, при этом все дефекты сосредоточены на границах кристаллитов. Установлено, что прочность и твердость керамики линейно возрастают с увеличением содержания стабилизирующей добавки.

В работе изучены керамические образцы, синтезированные из высокодисперсных порошков на основе ZrO2. Методом рентгеноструктурного анализа исследованы параметры тонкой кристаллической структуры и фазовый состав на поверхности после спекания и в объеме. Установлено, что размер кристаллитов слабо зависит от количества стабилизирующий добавки. С увеличением оксид магния в системе происходит уменьшение доли высокотемпературной кубической фазы. В объеме материала во всех образцах наблюдалось уменьшение кубической модификации ZrO2 и возрастание количества моноклинной. Наблюдалось уменьшение размера кристаллитов моноклинного и кубического ZrO2 и возрастание микродисторсии.

Исследовано влияние примесей замещения и вакансий на электронную структуру и оптические свойства кубического диоксида циркония. Показано, что наличие кислородных вакансий обусловливает появление дополнительных вакансионных состояний вблизи уровня Ферми, тогда как примесные атомы дают пренебрежимо малый вклад в состояния валентной зоны и дна зоны проводимости, и их влияние на кристалл носит в основном электростатический характер. Достигнуто понимание причин, способствующих стабилизации высокотемпературных фаз ZrO2 при добавлении Y2O3 и MgO. Получено хорошее согласие с экспериментальными рентгеновскими фотоэмисионными спектрами и оптическими характеристиками.

На основе компьютерного моделирования и экспериментального исследования керамики на основе диоксида циркония показано, что перколяционный переход в хрупком пористом материале от изолированных пор к сообщающимся приводит к изменению зависимости его упругих и структурных характеристик от общей пористости.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии исследован ультрадисперсный порошок состава ZrO2+3 мол.% Y2O3, полученный плазмохимическим способом. Установлено, что порошок состоит преимущественно из пустотелых поликристаллических сфер и пленок со средним размером кристаллитов 20 нм. Частицы порошка представляют собой двухфазные поликристаллы, состоящие преимущественно из кристаллитов тетрагональной фазы: содержание моноклинной модификации составляет приблизительно 3%. Показано, что формирование моноклинной фазы связано с превышением критического размера частью крупных кристаллитов. Величина критического размера в таких порошках контролируется как поверхностной энергией кристаллитов, так и их напряженным состоянием. Показано, что тетрагональная фаза в исследуемом порошке характеризуется пониженной, по сравнению с крупнокристаллическим состоянием, тетрагональностью, что связано с высокой дисперсностью кристаллитов и особенностями их напряженного состояния. Понижение тетрагональности при уменьшении размера зерна можно рассматривать как размерный фазовый переход, из тетрагональной в кубическую структуру, близкий к переходу второго ряда.

Рассмотрены материалы системы AI - W - Zr - О, полученные спеканием порошковой смеси AI - ZrW2О8 в атмосфере аргона вблизи точки плавления алюминия с различным временем изотермической выдержки. Исследована структура, фазовый состав и механические свойства полученных материалов в зависимости от времени изотермической выдержки. Установлено, что формирование структуры материалов AI - ZrW2О8 в процессе спекания происходит в несколько этапов, включающих разложение вольфрамата циркония, формирование интерметаллидов WAI12 и ZrAI3 и синтез вольфрамата циркония в виде вытянутых частиц — микроволокон. Показано формирование внутренних напряжений в материале с увеличением времени спекания, что, наряду с уменьшением пористости, приводит к возрастанию твердости материала.

Исследованы структура, фазовый состав и удельная поверхность порошковых систем на основе корунда, получаемых методом термического разложения гидроокиси алюминия и методом термического разложения водного раствора азотнокислой соли алюминия в плазме высокочастотного разряда. Показано, что в плазмохимическом порошке Al2O3 происходит резкий фазовый переход в а-форму в узком интервале температур (1150-1200 С), в то время как в глиноземе этот переход происходит в широком интервале температур (600-1200 С). Таким образом, в плазмохимическом порошке он носит "взрывной" характер. Этот переход сопровождается разрушением пенообразных агломератов и увеличением удельной поверхности частиц, а в процессе спекания приводит к рекристаллизации и активации диффузионных процессов массопереноса.

Изучено влияние высокодисперсной фракции в смеси с грубодисперсным порошком на структуру, фазовый состав и механические свойства керамики на основе ZrO2. Показано, что зависимости объема порового пространства и среднего размера пор в керамиках от доли высокодисперсной фракции в порошках немонотонны. С увеличением доли высокодисперсной фракции в смеси с грубодисперсным порошком в получаемой керамике сокращается количество сообщающихся пор и возрастает количество изолированных пор. При одинаковом объеме порового пространства в керамике, полученной из грубодисперсного порошка ZrO2, пористость представлена по большей мере сообщающимися поровыми кластерами , в керамике, полученной из высокодисперсного порошка ZrO2, преобладали изолированные поры.

Исследованы механические свойства керамики ZrO2-3 вес. % MgO в зависимости от количественного фазового состава. Показано, что. уровень механических свойств керамики обусловлен количеством моноклинной фазы, содержащейся в материале. Обнаружено, что помимо, механизма трансформационного превращения, полученная керамика упрочнена микротрещинами. Также изучены триботехнические свойства керамик ZrO2=3 вес.% MgO, упрочненной микротрещинами и мартенситным превращением в условиях сухого трения по стали. Обсуждаются факторы, влияющие на поведение такой керамики при трении и износе.

Методами ИК-спектроскопии, РФА с применением кинетических исследований и термодинамического моделирования разработан и реализован в виде методики атомно-эмиссионного анализа материаловедческий подход, позволяющий с учетом фазовых превращений экспрессно проводить аналитический контроль материалов на основе ZrO2.

Изучено поведение нанокристаллического порошка диоксида циркония при прессовании и спекании. Установлено, что даже при небольшом давлении прессования 50 МПА, происходит интенсивное разрушение структурных элементов порошка. Активное взаимодействие нанокристаллических частиц на стадии нагрева приводит к формированию пористого каркаса, устойчивого к дальнейшему уплотнению при изотермической выдержке в процессе спекания.

Проведены исследования характера изнашивания твердого сплава WC-сталь 110Г13 в паре с литой инструментальной сталью в широком интервале скоростей скольжения и давлений. Изучена эволюция структуры и фазового состава композита. Определен оптимальный режим работы данной пары трения.

Изучено влияние режимов термической обработки на микроструктуру и фазовый состав малоактивируемой жаропрочной ферритно-мартенситной стали ЭК-181 (Fe-2Cr-2W-V-Ta-Ba). Дополнительное термоциклирование вблизи точки фазового перехода "аустенит-мартенсит", между закалкой и отпуском затрудняет образование высокодисперсных фаз внедрения, снижает интенсивность фазового наклепа, препятнствует формированию субструктуры с непрерывными разориентировками и снижает температуру хрупковязкого перехода.

Проведены исследования деформирования пористой керамики на основе нанокристаллического диоксида циркония. Показано, что накопление микроповреждений носит пороговый характер и после локального разрушения материал продолжает деформироваться по прежнему закону. Существует прямая корреляция между макронапряжениями и локальными (мезоскопическими) параметрами распределения деформаций, области равномерного накопления деформации чередуются с ее резкими изменениями, приводящими сначала к локальному, а затем к макроразрушению всего материала.

Изучены процессы изнашивания керамики на основе тетрагонального диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом иттрия (Y-TZP), при высокоскоростном скольжении по стали без смазочного материала. Испытания проводились по схеме палец-диск до скоростей скольжения 47 м/с. Показано, что в процессе испытаний на изнашивание на поверхности керамических материалов Y-TZP и Y-TZP-Al2O3 возникают трибослои сложного состава, которые являются причиной немонотонного изменения интенсивности изнашивания. На первой стадии при увеличении скорости скольжения (от 0,1 до 4 м/с) имеет место смена типа изнашивания от нормального к катастрофическому с высокой интенсивностью изнашивания. На второй стадии (в диапазоне скоростей от 6 до 47 м/с) интенсивность изнашивания уменьшается практически до начальных значений, характерных для малых скоростей скольжения (0,1 м/с). В этом диапазоне скоростей имеет место практически безысносное трение керамик Y-TZP и Y-TZP-Al2O3.

Исследованы структура, фазовый состав и свойства ультрадисперсных керамических порошков диоксида циркония с изменением концентрации соли в растворе при изготовлении порошков методом плазмохимического синтеза. Установлено, что изменение такого технологического параметра, как концентрация соли в растворе, влияет на структуру и свойства получаемых порошков, а именно повышение концентрации приводит к увеличению среднего размера частиц порошков, а также их удельной поверхности и уменьшению насыпной плотности. Это связано с изменением количественного соотношения полых и наполненных сфер в порошке. На фазовый состав и параметры тонкой кристаллической структуры изменение концентрации влияния не оказывает.

Показано, что в структуре керамического материала на основе диоксид циркония происходит формирование разнонаправленных волокон окиси алюминия протяженностью в несколько микрон в процессе термообработки и последующего спекания сильнонеравновесных порошков состава 80 вес. % ZrO2 (3 мол. % Y2O3) + 20 вес. % Al2O3, полученных методом денитрации растворов солей в плазме ВЧ разряда.

В работе представлены трехмерные карты износа диоксида циркония частично стабилизированного окисью иттрия (Y-TZP). Показано, что имеются три характерные области скоростей с разной интенсивностью изнашивания. В условиях мягкого нагружения износостойкость определяется действием механизма трансформационного упрочнения. С повышением скорости вследствие роста температуры этот механизм упрочнения отсутствует, что приводит к резкому росту контактных напряжений, хрупкому термическому разрушению поверхности трения и, как следствие, изнашиванию. При дальнейшем повышении скорости скольжения происходит снижение интенсивности изнашивания материалов вследствие формирования сплошного слоя переноса на поверхности керамики, который залечивает возникающие при трении трещины.