Анотація до роботи:

Тимченко В. М. Мартенситні перетворення в порошках та кераміці на базі ZrO₂, ініційовані зовнішнім механічним напруженням. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України, Донецьк, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню фазового мартенситного перетворення у порошках та кераміці з твердих розчинів ZrO₂, ініційованого зовнішньою механічною напругою. Дослідження проводилися на порошках ZrO₂ – Y₂O₃ із вмістом Y₂O₃ від 1,5 до 6 мол. % та ZrO₂ – 10 мол. % MgO після їхнього холодного ізостатичного пресування тиском до 2,0 ГПа, а також на кераміці зі складом ZrO₂ – 3 або 4 мол. % Y₂O₃ при механічних випробуваннях.

Встановлено, що ХІП ультрадисперсних порошків твердих розчинів призводить до збільшення кількості моноклинної фази та зменьшенню кількості кубічної та особливо тетрагональної фази. Для твердих розчинів ZrO₂ – Y₂O₃ ступінь тетрагонально – моноклинного перетворення зменшується при підвищенні температури синтезу (при температурі понад 800 С), а також при збільшенні кількості другого компоненту. Показано, що багаторазовий ХІП постійним тиском призводить до збільшення ступеня перетворення. Розроблена модель перерозподілу компонентів кристалу твердого розчину ZrO₂ – Y₂O₃ внаслідок висхідної дифузії у пружному полі, що може стати причиною подальшого перетворення.

Виявлена залежність тріщиностійкості кераміки ZrO₂ – 3 мол. % Y₂O₃ від швидкості руху траверси випробувальної машини в інтервалі від 0,005 до 50 мм/хв. Показано, що збільшення швидкості від 5 до 50 мм/хв призводить до зменшення тріщиностійкості від 9 – 10 до 2 – 3 МПа*м^1/2.

Встановлено, що попереднє механічне навантаження призводить до підвищення тріщиностійкості кераміки. Максимальне підвищення дорівнює 50 % вихідного значення. Винайдено, що залежність тріщиностійкості від напруги попереднього навантаження може мати немонотонний характер.

Показано, що квазігідростатичне стиснення кераміки призводить до підвищення міцності матеріалу. Подальше збільшення тиску призводить до руйнування матеріалу.

1. Показано, що холодне ізостатичне пресування ультрадисперсних порошків твердих розчинів ZrO₂ – Y₂O₃ та ZrO₂ – 10 мол. % MgO призводить до збільшення кількості моноклинної фази та зниження вмісту тетрагональної і кубічної фази. Встановлено, що ступінь перетворення монотонно збільшується при підвищенні тиску пресування та кількості пресувань постійним тиском з проміжним розтертям компакту у порошок.

2. Виявлено, що збільшення вмісту Y₂O₃ і температури синтезу твердого розчину при температурі більшій за 800 С призводить до зменьшення ступеня перетворення при ізостатичному пресуванні.

3. Наведені розрахунки та зроблені оцінки показують, що тетрагонально-моноклинне мартенситне перетворення у кристалах ультрадисперсного порошка твердого розчину ZrO₂ не може відбуватися при руйнуванні кристалів; причиною перетворення може бути конгломерація часток порошку та перерозподіл іонів Y³⁺ у полі пружної напруги.

4. Виявлена сильна залежність тріщиностійкості кераміки ZrO₂ – 3 або 4 мол. % Y₂O₃ від швидкості деформування; а також, що попереднє механічне навантаження призводить до підвищення тріщиностійкості. Зроблено висновок, що ефект обумовлений залежністю ступеня тетрагонально – моноклинного претворення від часу дії механічної напруги.

5. Встановлено, що квазігідростатичне стиснення збільшує міцність кераміки ZrO₂ - 3 мол. % Y₂O₃, що найвірогідніше обумовлено мартенситним тетрагонально - моноклинним перетворенням у зернах навколо пор, що створює напруження стиснення, які ускладнюють виникнення мікротріщин.

Публікації автора:

1. Акимов Г. Я., Тимченко В. М., Горелик И. В. Особенности фазовых превращений в мелкодисперсном ZrO₂, деформированном высоким гидростатическим давлением // ФТТ. - 1994. - т. 36, № 11. - с. 3582 – 3586

2. Акимов Г. Я., Тимченко В. М. Влияние скорости нагружения на механические свойства поликристаллов твердого раствора ZrO₂ – 3 mol. % Y₂O₃ // ФТТ. - 1997. - т. 39, № 5. - с. 880 – 884

3. Тимченко В. М., Акимов Г. Я., Лабинская Н. Г. Фазовые превращения в порошках оксидных твердых растворов, инициируемые механическим напряжением // ЖТФ. - 1999. - т. 69, вып. 2. - с. 27 – 31

4. Акимов Г. Я., Тимченко В. М. Влияние предварительного нагружения на вязкость разрушения керамики ZrO₂-(3,4) mol. % Y₂O₃ // ЖТФ. - 2001. - том. 71, вып. 1. - с. 131 – 133

5. Чайка Э. В., Тимченко В. М., Акимов Г. Я. Механическая обработка компактов, полученных с использованием холодного изостатического прессования // Физика и техника высоких давлений. - 1998. - т. 8, № 3. - с. 126 – 130

6. Акимов Г. Я., Бейгельзимер Я. Е., Тимченко В. М., Чайка Э. В. Исследование процессов уплотнения порошковых керамических материалов холодным изостатическим прессованием // Физика и техника высоких давлений. - 1999. - № 2. - с. 44 – 51.

7. Акимов Г. Я., Прохоров И. Ю., Горелик И. В., Тимченко В. М., Верещак В. Г., Васильев А. Д. Роль холодного изостатического прессования в формировании свойств керамики на основе ZrO₂, полученной из ультрадисперсных порошков // Огнеупоры. - 1995. - № 2. - с. 12 – 19

8. Прохоров И. Ю., Акимов Г. Я., Тимченко В. М., Васильев А. Д. Холодное изостатическое прессование как способ получения высокопрочных керамических материалов на основе ZrO₂ // Огнеупоры и техническая керамика. - 1997. - № 8. – с. 12 – 17

9. Акимов Г. Я., Тимченко В. М., Чайка Э. В. Влияние давления холодного изостатического прессования и температуры спекания на свойства керамики из частично стабилизированного ZrO₂ // Огнеупоры и техническая керамика. - 1997. - № 8. - с. 17 – 21.

10. Прохоров И. Ю., Акимов Г. Я., Тимченко В. М. Стабильность конструкционных материалов на основе ZrO₂ // Огнеупоры и техническая керамика. - 1998. - № 6. - с. 2 – 11.

11. Акимов Г. Я., Верещак В. Г., Васильев А. Д., Тимченко В. М., Чайка Э. В., Грабчук А. Д. Высокопрочная керамика из ZrO₂ // Огнеупоры и техническая керамика. - 1998. - № 9. - с. 17 – 18

12. Акимов Г. Я., Тимченко В. М., Васильев А. Д., Чайка Э. В., Самелюк А. В. Влияние ХИП на прочность керамики, изготовленной из порошка ZrO₂ + 3 мол. % Y₂O₃ // Огнеупоры и техническая керамика. - 1999. - № 10. - с. 22 – 25

13. Акимов Г. Я., Тимченко В. М., Лабинская Н. Г. Фазовые превращения при деформировании нанокристаллического порошка системы ZrO₂ – MgO // Электронная микроскопия и прочность материалов. Сб. науч. тр. – Киев, 1999. - с. 157 – 162

14. Akimov G. Ya., Timchenko V. M., Gorelik I. V. The cold isostatic pressing as a way of powder compacts properties. // International Conference “Shaping of Advanced Ceramics” (Mol, Belgium April 2527, 1995). Extended Abstracts. – 1995. - p. 23 – 26

15. Akimov G. Ya., Timchenko V. M. Influence of mechanical aging to properties of ceramics ZrO₂ + 3 mol % Y₂O₃ // Abstracts on International Conference “Advanced Materials” (AM’99) Symposium A: Engineering of composites: investigations, technologies and perspectives. Kiev. - 1999. - p. 120

16. Акимов Г. Я., Васильев А. Д., Корбань В. И., Тимченко В. М.. Физические основы технологии изготовления керамических изделий из диоксида циркония с использованием холодного изостатического прессования // Тез. докл. межд. конф. «Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии. Киев, ноябрь, 1997 г.». - Киев. – 1997. – с.

17. Акимов Г. Я., Тимченко В. М., Чайка Э. В. Особенности получения высоких свойств керамики на основе оксида алюминия и диоксида циркония // Материалы V Межд. конф. «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века. Севастополь 8-11 сентября 1998 г.». - Донецк. – 1998. – с.

18. Акимов Г. Я., Тимченко В. М. Изменение вязкости разрушения Y-ЧСДЦ керамики как результат предварительного механического нагружения // XXXVII Международный семинар «Актуальные проблемы прочности», тезисы докладов. – Киев. - 2001. – с. 13 – 14.