Розробка керамічних матеріалів ZrO2–CeO2 біоінженерного використання

Abstract

UA: Досліджено метод формування композиційних матеріалів на основі нанопорошків частково стабілізованого оксидом церію діоксиду цирконію, отриманих із розчинів фторидних солей. Підібрано найбільш оптимальний метод отримання нанопорошків з метою виготовлення з них щільних наноструктурних композитів біоінженерного використання. Отримання композитів на основі частково стабілізованого діоксидом церію діоксиду цирконію при гарячому пресуванні у вакуумі методом електроспікання дає змогу отримати високощільні композити з високою тріщиностійкістю, твердістю і модулем пружності вже при температурі 1400 °С, тиску 30 МПа та часу витримки 3 хвилини. Виявлено, що метод електроконсолідації у вакуумі забезпечує спікання зразків з високими значеннями модуля пружності і тріщиностійкості. Проведені дослідження дають змогу припустити, що з метою подальшого підвищення властивостей композитів на основі оксиду цирконію, частково стабілізованого діоксидом церію, необхідно поліпшити однорідність вихідних сумішей, а також додавати інші оксиди, зокрема оксид алюмінію, нітрид алюмінію, оксиди кремнію та магнію.

EN: Method of composite materials formation based on particle-stabilized cerium dioxide zirconium nanopowders obtained from fluoride salt solutions has been investigated. The sintering of the powders was carried out by means of an electroconsolidation apparatus by hot pressing in a vacuum chamber. X-ray phase analysis was performed on a Shimadzu XRD-6000 diffractometer. Phase analysis of the samples was carried out using the data base of the American Society for Testing Materials. The surface morphology of the samples was investigated by scanning microscope JSM6390LV. The most optimal method of nanopowders extraction was selected to produce solid nanostructured composites for bioengineering applications. Analysis of the microstructure of the samples showed that the composite systems are composed of particles ranging in size from 100 nm to 1500 nm. The samples show pores and cracks, which can be associated with the passage of grain boundary diffusion in the process of electro-consolidation of the samples. Derivation of composites based on zirconium dioxide stabile at hot vacuum deposition by electrosintering makes it possible to obtain the high performance composites with high resistance to abrasion, hardness and thrust modulus at a temperature of 1400 °C, a pressure of 30 MPa and a cycle time of 3 minutes. It was found that the method of electroconsolidation in vacuum provides the bonding of samples with high values of the Young’s modulus and friction strength. Mechanical characteristics of ceramic systems based on zirconium dioxide, molded with cerium oxide, have rather high values. The dependence of change in the relative specific gravity of the studied samples shows that the increase in temperature of electroconsolidation, the overall level of composite density grows practically linearly, indicating a good particle compatibility of the powders. The conducted studies allow us to assume that with the purpose of further increasing of the properties of composites based on zirconium oxide, partially stabilized by cerium dioxide, it is necessary to improve the homogeneity of the resulting sums and add other oxides, in particular alumina oxide, alumina nitride, silicon oxide and magnesium oxide.