Влияние Y₃Al₅O₁₂ на структурообразование и свойства керамики системы Al₂O₃ – Y₂O₃

Представлены результаты исследования структуры и физико-механических свойств керамик составов α-Al₂O₃ + nY₂O₃ (n = 0; 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4; 5 мас. %), полученных на основе полиморфных модификаций γ+θ-Al₂O₃, в зависимости от концентрации легирующей примеси Y₂O₃ и температуры отжига порошковых смесей (800 и 900°С). Обнаружен эффект защиты от кристаллизации, заключающийся во взаимном торможении кристаллизационных процессов в порошках системы Al₂O₃–Y₂O₃. Методом рентгеноструктурного анализа установлено наличие в керамике фазы иттрий-алюминиевого граната Y₃Al₅O₁₂ (YAG). Выявлена зависимость механических характеристик исследуемых материалов от количества и размера зерен образовавшейся фазы YAG.

1. Бордина Г. Е., Лопина Н. П., Некрасова Е. Г., Бигина Ю. В., Сухарева Д. Д . Материалы будущего. – Международный научно-исследовательский журнал. – 2018. – № 2 (68). – С. 11–12.

2. Kant T., Shrivas K., Dewangan K., Kumar A., Jaiswal N.K., Deb M.K., Pervez S . Design and development of conductive nanomaterials for electrochemical sensors: a modern approach // Materials Today Chemistry. – 2022. – V. 24. DOI.org/10.1016/j.mtchem.2021.100769.

3. Zhu C. Zh., Yang G. Н, Li H., Du D., Lin Y . Electrochemical Sensors and Biosensors Based on Nanomaterials and Nanostructures // Analytical Chemistry. – 2014. – N 87(1). – P. 230–249. DOI: 10.1021/ac5039863.

4. Luo X., Morrin A., Killard A. J., Smyth M. R . Application of Nanoparticles in Electrochemical Sensors and Biosensors. – 2006. – N 18(4). – P. 319–326. DOI:10.1002/elan.200503415.

5. Shrivas K., Ghosale A., Bajpai P. K., Kant T., Dewangan Kh., Shankar R. Advances in flexible electronics and electrochemical sensors using conducting nanomaterials: A review // Microchemical Journal. – 2020. – V. 156. DOI.org/10.1016/j.microc.2020.104944.

6. Baig N., Kammakakam I., Falath W. Nanomaterials: a review of synthesis methods, properties, recent progress, and challenges // Materials Advances. – 2021. – N 2. – Р. 1821–1871. DOI: 10.1039/d0ma00807a.

7. Wahsh M. M. S., Khattab R. M., A waad M. Thermo-mechanical properties of mullite/ zirconia reinforced alumina ceramic composites // Materials & Design. – 2012. – V. 41. – P. 31–36. DOI.org/10.1016/j.matdes.2012.04.040.

8. García Ferré F., Mairov A., Ceseracciu L., Serruys Y., Trocellier P., Baumier C., Kaïtasov O., Brescia R., Gastaldi D., Vena P., Beghi M. G., Beck L., Sridharan K., Di Fonzo F. Radiation endurance in Al2O3 nanoceramics // Scientific Reports. – 2016. – N 22. DOI:10.1038/srep33478.

9. Maletsky A. V., Belichko D. R., Konstantinova T. E., Volkova G. K., Doroshkevich A. S., Lyubchyk A. I., Burkhovetskiy V. V., Aleksandrov V. A., Mardare D., Mita C., Chicea D., Khiem L.H. Structure formation and properties of corundum ceramics based on metastable aluminium oxide doped with stabilized zirconium dioxide // Ceramics International. – 2021. – V. 47, Is. 14. – P. 19489–19495. DOI:10.1016/j.ceramint.2021.03.286.

10. Maletsky A. V., Konstantinova T. E., Volkova G. K., Belichko D. R., Doroshkevich A. S., Popov E., Cornei N., Jasinska B., Mezentseva Zh. V., Tatarinova A. A., Mirzayev M. N., Khiem L.H., Ristić I., Teofilović V., Balvanović R. High hydrostatic pressure influence on the properties and tendency to agglomeration of ZrO2 grains of the Al2O3– YSZ composite ceramics system // Ceramics International. – 2023. – V. 49, Is. 10. – P. 16044–16052. DOI.org/10.1016/j.ceramint.2023.01.202.

11. Green D. J. Transformation toughening and grain size control in β″-Al2O3/ZrO2 composites // J. Mater Sci. – 1985. – N 20. – P. 2639–2646. DOI.org/10.1007/BF00556096.

12. Azar M., Palmero P., Lombardi M., Garnier V., Montanaro L., Fantozzi G., Che- valier J. Effect of initial particle packing on the sintering of nanostructured transition alumina // Journal of the European Ceramic Society. – 2008. – V. 28, Is. 6. – P. 1121–1128. DOI.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.10.003.

13. Vovk O., Siryk Y., Nizhankovskyi S., Fedorov A., Mateichenko P. Morphology and microstructure of crystalline YAG-Al2O3 composites grown by the horizontal directional crystallization // Journal of Alloys and Compounds. – 2023. – V. 934. DOI.org/10.1016/j.jallcom.2022.168004.

14. Li L., Xie F., Wu X., He J., Li Sh. Microstructure and phase formation of atmospheric plasma sprayed YAG coatings // Surface and Coatings Technology. – 2023. – V. 466. DOI.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129614.

15. Глушкова В. Б., Кржижановская В. А., Егорова О. Н ., Удалов Ю. П., Качалова В. П. Взаимодействие оксидов иттрия и алюминия // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. – 1983. – Т. 19, № 1. – С. 95–99.

16. Лукин, Е. С. Современная высокоплотная оксидная керамика с регулируемой структурой // Огнеупоры и техническая керамика. – 1997. – № 9. – С. 13‒18.

17. Danilenko I., Prokhorenko S., Konstantinova T., Ahkozov L., Burkhovetski V., Glazunova V. Effect of small amount of alumina on structure, wear and mechanical properties of 3Y–TZP ceramics // World Journal of Engineering. – 2014. – T. 11. – P. 9–16.

18. Стрекаловский В. Н., Полежаев Ю. М., Пальгуев С. Ф. Оксиды с примесной разупорядоченностью: состав, структура, фазовые превращения / Под ред. А. Д. Неуймина. – М.: Наука, 1987.

19. Прилуцкая Е. В., Протасов А. С., Сенина М. О., Лемешев Д. О. Фазовые переходы в системе иттрий-алюминиевый гранат – оксид скандия и перспективы получения высокоплотной керамики // Успехи в химии и химической технологии. – 2022. – T. 36, № 3 (252). – С. 127–129.

20. Bondar I.A., Koroleva L.N., Bezruk E.T. Physicochemical properties of yttrium aluminates and gallates // Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorg. Mater. – 1984. – V. 20, N 2. – P. 257–261.

21. Ермоленко Н.Ф., Эфрос M. Д., Ермоленко E.H. Влияние соосаждения гелей на структуру и сорбционные свойства получаемых из них оксидных катализаторов // Изв. АН БССР. Серия технических наук. – 1968. – № 1. – С. 1678–1687.

22. Андерсон Дж. Структура металлических катализаторов. – М.: Мир, 1973. – С. 55.