СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ ZrO2, ЧАСТИЧНО СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ Y2O3

Методами рентгеновской дифрактометрии, атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии исследована структура кристаллов частично стабилизированного ZrO2 (ЧСЦ) в зависимости от содержания стабилизирующей примеси (Y2O3). Проведены измерения твердости и трещиностойкости методом микроиндентирования. Установлено, что кристаллы ЧСЦ, полученные направленной кристаллизацией расплава, характеризуются наличием двух тетрагональных фаз (t и t’), различающихся степенью тетрагональности. Причем увеличение концентрации Y2O3 в кристаллах приводит к увеличению содержания нетрансформируемой t'-фазы. Экспериментально показано, что рост концентрации стабилизирующей примеси приводит к увеличению количества кислородных положительно заряженных вакансий, (F++-центров), которые увеличивают параметр решетки и стабилизируют структуру. Обнаружено, что повышение концентрации Y2O3 влияет на вид и дисперсность двойниковых доменов. В кристаллах ЧСЦ с концентрацией Y2O3 от 2,8 до 3,2 % (мол.) выявлены двойники первого, второго, третьего порядков, в свою очередь, каждый из двойников содержит внутри двойники следующего порядка. При больших концентрациях стабилизирующей примеси (3,7—4,0 % (мол.)) двойниковая структура становится более мелкой и однородной, двойникование идет одновременно и локализуется в малых объемах. Показано, что величина упрочнения (трещиностойкость) пропорциональна содержанию трансформируемой t-фазы.

1. Osiko, V. V. Synthesis of refractory materials by skull melting / V. V. Osiko, M. A. Borik, E. E. Lomonova // Technique Springer Handbook of crystal growth. – 2010. – N 353. – Chap. 14. – P. 432—477.

2. Badwal, S. P. S. Science and technology of zirconia V / S. P. S. Badwal, M. J. Bannister, R. H. J. Hannink. – Lancaster; Basel: Technomic Publ. Co., 1993. – 858 p.

3. Hannink, R. H. J. Transformation toughening in zirconia-containing ceramics / R. H. J. Hannink, P. M. Kelly, B. C. Muddle // J. Amer. Cer. Soc. – 2000. – V. 83, N 3. – P. 461—487.

4. Григорович, В. К. Твердость и микротвердость металлов / В. К. Григорович. – М. : Наука, 1976. – 230 с.

5. Borik, M. A. Phase composition, structure and mechanical properties of PSZ (partially stabilized zirconia) crystals as a function of stabilizing impurity content / M. A. Borik, V. T. Bublik, A. V. Kulebyakin, E. E. Lomonova, F. O. Milovich, V. A. Myzina, V. V. Osiko, N. Y. Tabachkova // J. Alloys and Comp. – 2014. – V. 586. – P. 231—235.

6. Акимов Г. Я. Эволюция фазового состава и физико-химических свойств керамики ZrO2 — 4 (мол.) % / Г. Я. Акимов, Г. А. Маринин, В. Ю. Каменева // Физика твердого тела. – 2004. – Т. 46, № 2.

7. Yamashita, I. Phase separation and hydrothermal degradation of 3 mol. % Y2O3—ZrO2 ceramics / I. Yamashita, K. Tsukuma // J. Ceramic Soc. of Jap. – 2005. – V. 113, N 8. – P. 530—533.

8. Yamashita, I. Synchrotron X−ray study of the crystal structure and hydrothermal degradation of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal / I. Yamashita, K. Tsukuma // J. Amer. Ceram. Soc. – 2008. – V. 91, N 5. – P. 1634—1639.

9. Eichler, A. Tetragonal Y−doped zirconia: Structure and ion conductivity / A. Eichler // Phys. Rev. – 2001. – V. 64, N 17.

10. Ganduglia−Pirovano, M. V. Oxygen vacancies in transition metal and rare earth oxides: Current state of understanding and remaining challenges / M. V. Ganduglia−Pirovano, A. Hofmann, J. Sauer // Surf. Sci. Rep. – 2007. N 63. – P. 219—270.

11. Safonov, A. A. Oxygen vacancies in tetragonal ZrO2: ab initio embedded cluster calculations / A. A. Safonov, A. A. Bagatur’yants, A. A. Korkin // Microelectronic Engineering. – 2003. – N 69. – P. 629—632.

12. Borik, M. A. Structure and mechanical properties of crystals of partially stabilized zirconia after thermal treatment / M. A. Borik, V. T. Bublik, A. V. Kulebyakin, E. E. Lomonova, F. O. Milovich, V. A. Myzina, V. V. Osiko, S. V. Seryakov, N. Y. Tabachkova // Phys. of the Solid State. – 2013. – V. 55, N 8. – P. 1690—1696.