Исследование механизмов синтеза керамических материалов нового поколения на основе тетрарных оксикарбонитридных фаз циркония и титана

Материалы на основе оксикарбонитридных фаз с регулярным
распределением компонентов с различной степенью ионности химической
связи характеризуются уникальным сочетанием прочностных, электро- и
теплофизических свойств; низкой плотностью и высокой твердостью, высокой
теплопроводностью и низкой электропроводностью, повышенной
термической стабильностью жаропрочностью и т.д.
Наибольший интерес вызывает трехфазный синтез во время
компактирования смесей в инертной атмосфере. При этом порошки могут
быть спрессованы в компакты, как до спекания, так и в его процессе. Во
втором случае могут применяться различные варианты горячего прессования
и искрового плазменного спекания. Проблемой для тугоплавких ионно-
ковалентных оксикарбонитридов переходных металлов становится
активированное спекание из за того, что оно происходит по диффузионному
механизму. Чтобы решить эту проблему необходимо исследовать основные
закономерности и механизмы данных материалов, поиск активирующих
добавок и методик активирования. Исследуя литературу по данной тематике
становится ясно, что вариантов активированного спекания с применением
добавок таких как нанодисперсные порошки представлено недостаточное
количество.
Введение примесей щелочно-земельных, редкоземельных элементов в
состав диоксида циркония с образованием твердых растворов является
стандартным приемом стабилизации высокотемпературных модификаций
ZrO2, проявляющих высокую ионную проводимость и в ряде случаев
повышенные прочностные свойства.
Легирование кислородной подрешетки диоксида атомами неметаллов
это другой способ стабилизации флюоритоподобной (F) структуры ZrO2.
Наибольшее внимание среди них заслуживает Азот. Замещение ионов О2 на
N3 дает возможность стабилизации высокотемпературных кубических
диоксидов циркония. Образование сильных гибридных связей Zr4d – N2p
приводит к стабилизации флюоритоподобных диоксинитридов циркония за
счет замещения О – N.
Роль анионных вакансий заключается в регулировании степени
заполнения валентных зон. Оптимальная устойчивость структуры достигается
при содержании дефектов (примесных атомов азота и анионных вакансий) в
соотношении (2N3– + VO). Изучение упорядочения дефектов показывает, что
энергетический выигрыш достигается при образовании в структуре
диоксинитридов компактных ассоциатов атомов азота; дополнительная
стабилизация системы происходит при расположении анионной вакансии
таким образом, что для ряда катионов атомная конфигурация их ближнего
окружения соответствует условию их «локальной стехиометрии» (ZrO5N2VO).
Указанные кластеры дефектов можно рассматривать как зародыши нитридной
фазы в объеме диоксинитридов циркония, когда в результате образования
сильных гибридных d – р – взаимодействий Zr – N происходит перестройка
координационного полиэдра циркония от ZrO8 (для ZrO2) до ZrN6 (для ZrN).
Целью работы являлось исследование структуры и физико-
механических свойств керамики на основе оксикарбонитридов титана,
алюминия и циркония, полученных с применением передовых технологий
консолидирования.