В Массачусетском технологическом институте (МТ И) мы разработали метод осаждения из раствора одинаковых частиц диоксида титана Ti02 диаметром менее 1 мкм. Затем готовится суспензия этих частиц в другом растворителе, к которому добавлены органические полимеры. Полимеры адсорбируются на поверхности частиц, предотвращая их слипание в агломераты. Поликристаллический керамический материал, полученный после контролируемой упаковки и спекания частиц, имеет плотность, фактически совпадающую с теоретической, т. е. в нем отсутствуют пустоты между кристаллическими зернами. Благодаря отсутствию пор в микроструктуре материала он получается очень прочным и жестким.
В МТИ разработан также другой метод, позволяющий получать мельчайшие частицы высокой химической чистоты. Газообразное соединение кремния с водородом нагревают излучением мощного СО2-лазера. В результате газ разлагается, и выделяется кремний в виде чрезвычайно тонкого порошка. Из суспензии этих частиц в растворителе, позволяющем контролировать их электрический заряд, частицы можно осадить в плотную, свободную от дефектов упаковку.
Эти новые методы получения керамических материалов дают возможность ученым-материаловедам контролировать их структуру на разных уровнях, диапазон которых — восемь порядков величины: на атомном уровне (путем контроля химической чистоты, а также температуры и дав-
ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ тонких порошков, применяющихся при изготовлении керамики, представляет собой один из способов получения керамических материалов с предельно мелкими кристаллическими зернами. В Массачусетском технологическом институте разработана методика осаждения частиц диоксида титана из раствора. Полученные химически чистые и однородные частицы имеют диаметры меньше 1 мкм (миллионной доли метра). Как показа-
ЗЕРНА ЗЕРНА
ТЕТРАГОНАЛЬНОГО моноклинного
ДИОКСИДА ДИОКСИДА
ЦИРКОНИЯ ТРЕЩИНА ЦИРКОНИЯ волокно
МЕХАНИЗМЫ УПРОЧНЕНИЯ КЕРАМИКИ, основанные на торможении роста образующих трещин, дополняют новые методы получения, при которых ликвидируются дефекты, инициирующие появление трещин. Трансформационное упрочнение (слева ) основано на изменении структуры кристалла диоксида циркония (переход из тетрагональной в моноклинную упаковку). Зерна Zr02 претерпевают этот переход под действием напряжения, концентрирующегося в вершине трещины. Моноклинные кристаллические зерна имеют несколько больший размер, поэтому, расширяясь при переходе, они сжимают и таким образом «запирают»
но на электронных микрофотографиях, эти частицы могут быть упакованы столь плотно (слева ), что при их спекании в полученном керамическом материале практически отсутствуют пустоты (справа ). В процессе спекания частицы агломерируют друг с другом, причем температура спекания намного ниже температуры, при которой происходит полное плавление материала. Из-за отсутствия пустот такой материал отличается высокой прочностью.
растущую трещину. Устойчивость к образованию трещин может быть также повышена при наполнении материала тонкими керамическими волокнами (в середине), как в случае композиционного материала. Волокна ограничивают трещину, не давая ей расширяться и расти. Третий способ торможения растущей.трещины — распределение сконцентрированного на. ее конце напряжения по возможно большей площади. Это достигается созданием в материале микротрещин (справа) еще в процессе его получения. Когда растущая трещина «наталкивается» на тонкую микротрещину, ее конец оказывается «затупленным».
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.