Журнал неорганической химии, 2021, T. 66, № 5, стр. 695-704
Исследование физико-химических свойств керамики на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2 для разработки перспективных теплозащитных покрытий
М. М. Бакрадзе a, О. Н. Доронин a, Н. И. Артеменко a, П. А. Стехов a, П. С. Мараховский a, В. Л. Столярова b, *
a Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
105005 Москва, ул. Радио, 17, Россия
b Санкт-Петербургский государственный университет
199034 Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9, Россия
* E-mail: o-doronin@mail.ru
Поступила в редакцию 03.12.2020
После доработки 29.12.2020
Принята к публикации 30.12.2020
Аннотация
В продолжение изучения потенциальных возможностей разработки высокоэффективных теплозащитных покрытий на основе трехкомпонентных керамических материалов, содержащих оксиды редкоземельных элементов, исследовано влияние компонентов на изменение теплофизических свойств керамики на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2. Показано, что оксид самария стабилизирует керамику на основе рассматриваемой системы при содержании оксида самария >22.5 мол. %, оксида циркония <56.7 мол. %. Установлено, что температурный коэффициент линейного расширения изученных керамических материалов в интервале температур 20–1400°С может достигать величины αL = (10.4 ± 0.6) × 10–6 при приемлемых значениях коэффициента теплопроводности на уровне 0.56–0.84 Вт/(м K).
ВВЕДЕНИЕ
Уникальные физико-химические свойства керамических материалов на основе оксида циркония, стабилизированного 7–10 мас. % оксида иттрия (ОЦСИ), среди которых высокий для оксидных керамик термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР), достигающий значений до 12 × 10–6 1/К, являются причиной широкого применения циркониевой керамики для создания специальных композитных материалов на металлической основе во многих отраслях промышленности и медицине [1, 2].
Одним из наиболее перспективных и высокотехнологичных применений таких материалов может быть формирование керамических слоев теплозащитных покрытий (ТЗП) для ракетной техники и газотурбинных двигателей. Эффективность использования рассматриваемых керамических материалов в составе ТЗП обусловлена их низкой теплопроводностью на уровне λ = 1.95–2.44 Вт/(м K) [3]. Однако при высоких температурах предел эксплуатации указанной керамики, нашедшей применение для ТЗП лопаток турбины газотурбинного двигателя (ГТД), ограничен температурами 1200–1250°C [4]. При более высоких температурах наблюдается скалывание керамического слоя как следствие протекающих в нем фазовых переходов. Следует отметить, что в настоящее время современные ГТД военного и гражданского назначения уже работают на предельных температурах до 1250°C, а необходимость повышения их КПД неизбежно требует увеличения рабочих температур [5–10].
Несмотря на интенсивные поиски альтернативных керамических материалов для замены ОЦСИ в составе ТЗП [1, 11–20], в настоящее время новые материалы не могут обеспечить его эффективное замещение. Учитывая, что коэффициент теплопроводности многих оксидов металлов находится в диапазоне 2–4 Вт/(м K), основной проблемой является обеспечение достаточно высоких и стабильных значений ТКЛР керамики и его стабильности при минимальном разбросе значений ТКЛР в диапазоне рабочих температур [1, 3].
Одним из направлений повышения эксплуатационных характеристик керамических материалов на основе оксида циркония является их стабилизация при введении оксидов иттрия, самария, гольмия, лантана, гафния и других редких и редкоземельных металлов [1, 17]. Например, цирконат гадолиния Gd2Zr2O7 сохраняет свою структурную и фазовую стабильность при температурах выше 1300°С и в спеченном (теоретически плотном) состоянии имеет теплопроводность на уровне 1.0 Вт/(м K). Однако в современном газотурбостроении такие керамики получили чрезвычайно малое распространение из-за несогласованности их ТКЛР (αL = (6–8) × 10–6 1/K [1, 18–21]) с металлической основой. В связи с этим поиск новых керамических материалов для ТЗП, сочетающих в себе высокие значения ТКЛР (>10 × 10–6 1/K) с низкой теплопроводностью при высоких температурах, является приоритетным направлением.
На основании приведенных примеров можно утверждать, что исследование свойств трехкомпонентных систем керамических материалов, в частности на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, является актуальным научным направлением и в перспективе может существенно повысить уровень технических характеристик изделий высокотехнологичных отраслей производства [1, 22].
Настоящая работа является продолжением цикла фундаментальных и прикладных исследований, начатых ранее [1, 22], для изучения возможности создания высокоэффективных теплозащитных покрытий на основе трехкомпонентных керамических материалов, содержащих оксиды редкоземельных элементов.
Перспективным направлением поиска альтернативных материалов для замены ZrO2–(7–8%)Y2O3 в составе ТЗП являются сложные керамики на основе оксида гафния, который обладает высокой структурной стабильностью и отсутствием фазовых переходов при температурах до 1700°С, причем ОЦСИ имеет достаточно низкий коэффициент теплопроводности при температурах выше 1000°С (λ ≤ 1.8–2.9 Вт/(м K)) [1, 4, 11, 23]. При этом важнейшей проблемой является повышение значения ТКЛР αL = (6.1–7.06) × 10–6 1/K, которое потенциально может быть обеспечено за счет введения дополнительных компонентов.
При анализе физических и химических свойств оксидов циркония и гафния можно предположить, что варьирование ТКЛР в указанной системе можно осуществить в той или иной мере за счет изменения соотношения указанных компонентов. При этом диаграмма состояния бинарной системы ZrO2–HfO2 демонстрирует достаточно хорошую совместимость этих оксидов [24]. По этой причине можно ожидать бóльшую стабильность системы Sm2O3–ZrO2–HfO2 по сравнению с исследованной ранее системой Sm2O3–Y2O3–HfO2 [1] из-за меньшего количества фазовых переходов в двойных системах.
Из рассмотрения диаграмм состояния бинарных систем Sm2O3–ZrO2 [25, 26] и Sm2O3–HfO2 [27] следует, что указанные оксидные системы характеризуются высоким уровнем нестабильности при изменении состава, связанным с образованием большого количества фаз, включая фазы пирохлора, флюорита, кубической, гексагональной, тетрагональной и моноклинной фаз. В связи с этим крайне затруднителен аналитический выбор наиболее перспективных составов этой системы для указанных целей.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В качестве исходных материалов для синтеза образцов керамики на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2 использовали порошковые смеси соответствующих оксидов марок СмО-Л, ЦрО-1, ГФО-1.
Для твердофазного синтеза образцов от исходного порошка каждого из оксидов отбирали партию 20–30% массы и измельчали до фракции <5 мкм, далее выполняли отсев оставшейся крупной фракции. Смешивание технологического материала для твердофазного синтеза проводили в следующей пропорции: не более 80% фракции 5–100 мкм и не менее 20% фракции 0–5 мкм. Подготовку смесей для проведения твердофазного синтеза выполняли для составов керамики, приведенных в табл. 1 в строках “По синтезу”. Взвешивание компонентов смесей проводили на аналитических весах Sartorius BP 221S фирмы Sartorius AG с точностью до 0.0001 г. После получения технологической смеси в нее добавляли до 3–10% поливинилового спирта. Диаграмма состояния системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, на которой отмечены синтезированные экспериментальные составы, представлена на рис. 1.
Таблица 1.
№ состава | Состав* | Мол. д., мол. % | Массовые доли металла, % | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Sm2O3 | ZrO2 | HfO2 | Sm | Zr | Hf | ||
1 | По синтезу | 22.5 | 22.5 | 55.0 | 36.31 | 11.01 | 52.68 |
По анализу | 43.18 ± 2.8 | 9.27 ± 0.54 | 47.55 ± 3.12 | ||||
2 | По синтезу | 28.5 | 28.5 | 43.0 | 45.48 | 13.79 | 40.73 |
По анализу | 48.51 ± 2.48 | 14.10 ± 0.74 | 37.40 ± 2.16 | ||||
3 | По синтезу | 42.5 | 42.5 | 15.0 | 66.10 | 20.05 | 13.85 |
По анализу | 63.84 ± 3.76 | 21.07 ± 1.39 | 15.09 ± 0.88 | ||||
4 | По синтезу | 56.7 | 28.3 | 15.0 | 76.43 | 11.57 | 12.00 |
По анализу | 75.90 ± 4.82 | 11.04 ± 0.72 | 13.06 ± 0.74 | ||||
5 | По синтезу | 28.3 | 56.7 | 15.0 | 52.02 | 31.61 | 16.37 |
По анализу | 45.63 ± 2.92 | 41.78 ± 2.43 | 12.59 ± 0.68 | ||||
6 | По синтезу | 75.0 | 25.0 | 0.0 | 90.82 | 9.18 | 0.00 |
По анализу | 91.68 ± 4.66 | 8.32 ± 0.45 | 0.00 | ||||
7 | По синтезу | 5.0 | 95.0 | 0.0 | 14.79 | 85.21 | 0.00 |
По анализу | 20.60 ± 1.45 | 77.21 ± 4.84 | 2.19 ± 0.14 | ||||
8 | По синтезу | 20.0 | 80.0 | 0.0 | 45.19 | 54.81 | 0.00 |
По анализу | 39.74 ± 2.56 | 58.61 ± 4.07 | 1.65 ± 0.10 | ||||
9 | По синтезу | 85.0 | 0.0 | 15.0 | 90.52 | 0.00 | 9.48 |
По анализу | 89.70 ± 4.93 | 2.28 ± 0.13 | 8.02 ± 0.44 | ||||
10 | По синтезу | 70.0 | 15.0 | 15.0 | 83.88 | 5.45 | 10.67 |
По анализу | 81.24 ± 4.56 | 6.22 ± 0.42 | 12.53 ± 0.87 | ||||
11 | По синтезу | 0.0 | 10.0 | 90.0 | 0.00 | 5.37 | 94.63 |
По анализу | 1.57 ± 0.10 | 6.24 ± 0.31 | 92.19 ± 4.89 | ||||
12 | По синтезу | 4.0 | 6.0 | 90.0 | 6.75 | 3.07 | 90.18 |
По анализу | 11.11 ± 0.74 | 3.48 ± 0.20 | 85.42 ± 4.72 |
Полученную шихту прессовали в цилиндрические штабики высотой 30 ± 5 мм и диаметром 32 ± 3 мм, затем полученные штабики подвергали многостадийной термообработке: низкотемпературной при температуре до 350°С в течение 2 ч с целью равномерного удаления органической связки и далее высокотемпературной при температуре выше 1600°С в течение 6 ч для проведения твердофазного синтеза и снижения открытой пористости. Наличие в составе технологической смеси фракции ≤5 мкм обеспечивало спекание штабиков всех составов керамики, приведенных в табл. 1, а наличие крупных частиц до 100 мкм обеспечивало также возможность изучения механизмов формирования керамических материалов при твердофазном синтезе.
Для идентификации состава полученных образцов керамики после твердофазного синтеза были проведены металлографические и металлофизические исследования на растровом электронном микроскопе QuantaInspect F50 фирмы FEI (Голландия) с использованием энергодисперсионного анализатора EDS фирмы Edax (США). Для подтверждения соответствия состава синтезированных образцов расчетным составам (“По синтезу”) было найдено среднеинтегральное значение по области 1000 × 1000 мкм массовой доли в образцах основных элементов: Sm, Zr и Hf. Результаты определения содержания основных элементов в составе синтезированных образцов приведены в табл. 1 в строках “По анализу”. В среднем отклонение расчетного состава от синтезированного не превышало 15.3%, а относительно высокое отклонение составов “По синтезу” и “По анализу” объясняется погрешностью метода МРСА, которая составляла до 7%.
Исследование теплофизических свойств синтезированных образцов (табл. 1) выполнено в температурном интервале от 20 до 1400°С с использованием методик, разработанных ранее. Определение теплоемкости образцов проводили методом дифференциальной сканирующей калориметрии по методике [1, 28] на установке DSC404F1 фирмы Netzsch (Германия). Температуропроводность образцов определяли методом лазерной вспышки по методике [1, 29] на установке Netsch LFA 427 фирмы Netzsch (Германия). Плотность рассматриваемой керамики измеряли методом гидростатического взвешивания на установке GR 200 фирмы A&D (Япония). Значения ТКЛР изученных образцов определяли дилатометрическим методом по методике [1, 30] на установке DIL402C фирмы Netzsch (Германия).
Следует отметить, что для исследования физико-химических свойств было синтезировано по три образца каждого состава, причем при наличии существенных (>15%) отклонений в значениях физико-химических свойств проводили дополнительный синтез образца такого же состава. В дальнейших расчетах учитывали результаты для трех наиболее близких по физико-химическим свойствам образцов.
На основании полученных данных проводили расчет коэффициента теплопроводности λ(T) образца исследуемого состава по формуле [1, 32]:
(1)
$\lambda \left( T \right) = \alpha \left( T \right)\rho \left( T \right){{C}_{p}}\left( T \right),$Для совокупной оценки основных теплофизических физико-механических характеристик исследованных керамических материалов введена характеристическая функция керамического слоя ТЗП Ω, которая рассчитывается по формуле:
где λ – коэффициент теплопроводности при максимальной температуре 1400°C, αL – максимальное значение ТКЛР в диапазоне 200–1400°C, ΔαL – разница максимального и минимального значений αL в интервале температур 200–1400°C.Проведено измерение ТКЛР 12 образцов керамики на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, составы которых приведены в табл. 1, в интервале температур 200–1400°C. Результаты измерений приведены на рис. 2а, 2б.
Полученные экспериментальные данные позволили установить, что в образцах 1–4, 6, 10, 12 наблюдается монотонное увеличение значения ТКЛР в заданном интервале температур. Зависимости ТКЛР образцов 5, 8, 11 и 7 имеют аналогичный резкий скачок в интервале температур 1100–1400°С, при этом максимальное значение ТКЛР для состава 7 наблюдалось при 300°С, для составов 5 и 8 – при 400–600°С, а для состава 11 – при 1200°С. Необходимо отметить резкий скачок значений ТКЛР состава в интервале температур 300–1200°С, в то время как максимальное отклонение величин ТКЛР для остальных составов (кроме состава 9) не превышало 16.5%. Образцы состава 9 разрушились при температуре 350–450°С.
Проведено измерение удельной теплоемкости одиннадцати образцов керамики на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, составы которых приведены в табл. 1, в интервале температур 20–1400°C. Результаты измерения представлены на рис. 3. Установлено, что значение удельной теплоемкости всех изученных одиннадцати образцов монотонно возрастает с ростом температуры. Наименьшие значения удельной теплоемкости в области высоких температур (≥300°С) наблюдались у образцов 11 и 12. Как следует из значений, приведенных на рис. 3, образцы 5, 7 и 8 с содержанием оксида циркония более 56.7 мол. % имеют аналогичный характер (как и изменение удельной теплопроводности в исследуемом интервале температур) – наблюдается интенсивный рост рассматриваемых величин в интервале температур 0–600°С. Определить удельную теплопроводность образцов состава 9 не удалось из-за его разрушения при температурах до 150°С.
Измерена плотность двенадцати исследуемых образцов керамики на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, составы которых даны в табл. 1. Принимая во внимание величины ТКЛР, получили значения плотности в интервале температур 20–1400°C. Полученные результаты приведены на рис. 4.
На основании выполненных измерений установлено, что значения плотности образцов 1–12 при комнатной температуре находятся в диапазоне 4810–6880 кг/м3 и практически не изменяются в исследуемом интервале температур, в отличие от образцов системы Sm2O3–Y2O3–HfO2, исследованных ранее [1]. По сравнению с образцами системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, изученными в настоящей работе, в образцах системы Sm2O3–Y2O3–HfO2 в ряде составов наблюдался резкий скачок плотности и понижение ТКЛР при температуре выше 1300°С, что было следствием полиморфных превращений.
С учетом плотности индивидуальных оксидов самария, циркония и гафния, равной соответственно 8350, 5680 и 9680 кг/м3 [1, 3], можно сделать вывод, что спеченные штабики имеют пористость на уровне 15–35%, которая соответствует пористости керамических слоев ТЗП, получаемых методом атмосферного плазменного напыления [1, 11].
В интервале температур 20–1400°C измерены коэффициенты температуропроводности десяти образцов керамики на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, составы которых даны в табл. 1. Результаты измерения представлены на рис. 5.
В результате установлено, что коэффициент температуропроводности практически всех образцов имеет минимальные значения в интервале 750–900°C. При дальнейшем повышении температуры температуропроводность изученных образцов начинает увеличиваться. Необходимо отметить резкое изменение значений коэффициента температуропроводности образцов 11 и 12, содержащих 90 мол. % HfO2, в интервале температур 0–900°С на 70.6 и 51.5% соответственно. Определить температуропроводность образцов 7 и 9 не удалось из-за их разрушения при механической обработке.
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
По результатам измерений удельной теплоемкости, плотности и коэффициента температуропроводности по формуле (1) рассчитаны значения коэффициента теплопроводности для десяти образцов системы Sm2O3–ZrO2–HfO2. Полученные результаты приведены на рис. 6. Расчет температуропроводности образцов 7 и 9 не проводили из-за отсутствия исходных данных, вызванных разрушением образцов при изготовлении и испытаниях.
Известно, что при разработке керамических слоев ТЗП наиболее важными требованиями являются:
– снижение коэффициента теплопроводности λ;
– увеличение ТКЛР более 8 × 10–6 1/K;
– уменьшение отклонений ТКЛР ΔαL (разность максимального и минимального значений ТКЛР). Для общей оценки свойств исследованных керамических материалов проведен расчет характеристической функции свойств керамического слоя ТЗП Ω по формуле (2). Результаты расчета даны в табл. 2.
Таблица 2.
Параметр | № образца (см. табл. 1) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
λ | 0.64 | 0.61 | 0.71 | 0.79 | 0.76 | 1.15 | Н/д | 0.76 | Н/д | 0.97 | 1.14 | 1.03 |
αL × 10–6 | 9.2 | 9.3 | 10.4 | 10.3 | 9.0 | 10.7 | » | 8.8 | » | 10.4 | 4.8 | 7.7 |
ΔαL × 10–6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 2.1 | 1.9 | 2.1 | » | 1.6 | » | 2.6 | 1.5 | 2.3 |
Ω | 23.56 | 23.81 | 23.76 | 6.11 | 6.17 | 4.46 | » | 7.48 | » | 4.15 | 2.86 | 3.32 |
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Резкое изменение значений ТКЛР образцов керамики 5, 7, 8 в системе Sm2O3–ZrO2–HfO2 в интервале температур 1100–1400°С имеет общий для всех трех составов характер: резкое падение при нагревании от 1100 до 1200°С с последующим ростом ТКЛР при температуре 1100°С. С учетом того, что составы 7 и 8 соответствуют бинарной системе Sm2O3–ZrO2, а состав 7 содержит всего 5 мол. % Sm2O3, можно заключить, что обнаруженное явление связано с полиморфным превращением решетки оксида циркония из тетрагональной в кубическую [3, 25, 26]. Наличие аналогичного по характеру изменения ТКЛР для состава 11 системы ZrO2–HfO2, содержащего 90 мол. % HfO2, с учетом неограниченной взаимной растворимости оксидов ZrO2 и HfO2 [3, 24] позволяет констатировать, что полиморфные превращения оксида циркония определяют характер изменения ТКЛР тройной системы Sm2O3–ZrO2–HfO2 при содержании оксида циркония >56.7 мол. %.
Образцы керамики 7 и 9 в бинарных системах Sm2O3–ZrO2 и Sm2O3–HfO2 соответственно продемонстрировали существенную нестабильность, которая по аналогии с составами, исследованными ранее [1], может быть связана с полиморфными превращениями. Образец керамики 9 в бинарной системе Sm2O3–HfO2 в ряде испытаний разрушился при незначительных колебаниях температуры.
Наиболее высокие значения ТКЛР αL = (10.4–10.7) × 10–6 1/K были найдены в образцах 3, 6 и 10 с содержанием оксида самария >40 мол. %. С увеличением содержания оксида гафния ТКЛР существенно снижается вплоть до величины 3.4 × × 10–6 1/K, что неприемлемо для применения в составе теплозащитных покрытий для никелевых жаропрочных сплавов.
Анализ полученных результатов для всех изученных образцов керамики в системе Sm2O3–ZrO2–HfO2 (табл. 1) позволяет утверждать, что оксид самария стабилизирует исследованную тройную систему при уменьшении содержания в ней оксида циркония до 56.7 мол. %, при этом характер изменения ТКЛР становится более плавным, резких скачков и отклонений ТКЛР при изменении температуры не зафиксировано.
Образцы керамики 5, 7, 8 с высоким содержанием оксида циркония при температурах 0–600°С продемонстрировали наиболее резкое изменение удельной теплоемкости, которое вызвало циклический перепад коэффициента теплопроводности в образцах 5 и 8 в указанном температурном интервале.
По результатам расчета характеристической функции свойств керамического слоя ТЗП Ω по формуле (2) можно сделать вывод, что самые низкие и стабильные значения коэффициента теплопроводности (0.56–0.84 Вт/(м K)) в интервале температур 20–1400°C наблюдались в образцах керамики 1, 2, 3 трехкомпонентной системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, которые также показывают достаточно высокие значения ТКЛР (αL = (9.2–10.4) × 10–6 1/К) и наибольшую стабильность ТКЛР в исследованном интервале температур (ΔαL = 0.6 × 10–6). Таким образом, по результатам расчета характеристической функции свойств керамического слоя ТЗП Ω можно рекомендовать образцы керамики 1–3 к опробованию в составе ТЗП.
Следует отметить, что на фазовой диаграмме системы Sm2O3–ZrO2–HfO2, приведенной на рис. 1, составы образцов 1–3 расположены на одной линии, приблизительно описываемой уравнением (коэффициент детерминации R2 = 1.0):
(3)
${{N}_{{{\text{S}}{{{\text{m}}}_{{\text{2}}}}{{{\text{O}}}_{{\text{3}}}}}}} = {{N}_{{{\text{Zr}}{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}} = \frac{{1 - {{N}_{{{\text{Hf}}{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}}}{2},$Важно отметить, ярко выраженный минимум коэффициентов температуропроводности и теплопроводности образцов 11 и 12, содержащих 90% HfO2, при температурах около 800°С, для которых в интервале температур 800–1400°С наблюдается резкий рост коэффициента теплопроводности в 2.2 и 1.3 раза соответственно. При этом значения коэффициента удельной теплопроводности указанных образцов керамики при 1400°С являются одними из самых высоких. По этой причине вызывает сомнение возможность создания керамических слоев ТЗП с низкой теплопроводностью при высоких температурах на основе HfO2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. По итогам проведенного исследования можно заключить, что оксид самария стабилизирует термический коэффициент линейного расширения образцов керамики в изученной трехкомпонентной системе Sm2O3–ZrO2–HfO2. При содержании оксида самария >22.5 мол. % и оксида циркония <56.7 мол. % термический коэффициент линейного расширения керамических материалов системы Sm2O3–ZrO2–HfO2 может достигать αL = 10.4 × 10–6 при колебании значений ΔαL = = 0.6 × 10–6 1/К при приемлемых значениях коэффициента теплопроводности на уровне 0.56–0.84 Вт/(м K).
2. Совокупная оценка колебаний термического коэффициента линейного расширения и коэффициента теплопроводности позволяет рекомендовать для дальнейшего изучения образцы, содержащие, мол. %: 22.5Sm2O3 : 22.5ZrO2 : 55.0HfO2, 28.5Sm2O3 : 28.5ZrO2 : 43.0HfO2 и 42.5Sm2O3 : 42.5ZrO2 : 15.0HfO2.
3. Для изученных образцов керамики на основе системы Sm2O3–ZrO2–HfO2 можно отметить наилучшее сочетание свойств: наибольшая стабильность ТКЛР при минимальных значениях коэффициента теплопроводности наблюдалась в образцах керамики, расположенных в концентрационной области диаграммы, которая может быть описана соотношением ${{N}_{{{\text{S}}{{{\text{m}}}_{{\text{2}}}}{{{\text{O}}}_{{\text{3}}}}}}}$ = ${{N}_{{{\text{Zr}}{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}$ = = $\frac{{1 - {{N}_{{{\text{Hf}}{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}}}{2},$ где Ni – мольная доля индивидуального оксида.
Список литературы
Каблов Е.Н., Доронин О.Н., Артеменко Н.И. и др. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 6. С. 855. https://doi.org/10.31857/S0044457X20060070
Жигачев А.О., Головин Ю.И., Умрихин А.В. и др. Керамические материалы на основе диоксида циркония / Под ред. Головина Ю.И. М.: Техносфера, 2018. 358 с. ISBN 978-5-94836-529-9
Самсонов Г.В., Борисова А.Л. и др. Физико-химические свойства окислов. Справочник. М.: Металлургия, 1978. 472 с.
Будиновский С.А., Смирнов А.А., Матвеев П.В., Чубаров Д.А. // Тр. ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2015. № 4. С. 5. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2015-0-4-5-5
Каблов Е.Н. // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33
Кашин Д.С., Стехов П.А. // Тр. ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2018. № 2. С. 10. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-2-10-10
Каблов Д.Е., Сидоров В.В., Будиновский С.А., Мин П.Г. // Авиационные материалы и технологии. 2016. № 1. С. 20. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2016-0-1-20-23
Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Светлов И.Л. // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 2. С. 3. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-2-3-14
Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г, Петрушин Н.В. // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 34. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1-34-40
Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Петрушин Н.В., Висик Е.М. // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2. С. 14. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-2-14-25
Schlichting K.W., Padture N.P., Klemens P.G. // J. Mater. Sci. 2001. № 36. P. 3003.
Чубаров Д.А., Матвеев П.В. // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 4. С. 43.
Kazuhide Matsumoto, Yoshiyasu Itoh, Tsuneju Kameda // Sci. Technol. Adv. Mater. 2003. № 4. P. 153.
Гречанюк Н.И., Кучеренко П.П., Гречанюк И.Н. и др. // Міжвузівський збірник “Наукові нотатки”. 2011. № 31. С. 92.
Gurrappa I., Sambasiva Rao A. // Surf. Coat. Technol. 2006. № 201. P. 3016. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.06.026
Ramana C.V., Choudhuri A.R. Hafnia-Based Thermal Barrier Coatings for Advanced Hydrogen Turbine Technology. UTSR Workshop, Oct. 3–5, 2012.
Moscal G., Swadzba L. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. № 9. P. 2025. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.11.043
Zhao H., Begley M.R., Heuer A. et al. // Surf. Coat. Technol. 2011. V. 205. P. 4355. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.03.028
Didnik E.V., Lakiza S.N. et al. // Powder Metall. Met. Ceram. 2018. V. 57. № 5-6. P. 301.
Thermal Spray Materials Guide. https://www.oerlikon.com/ecomaXL/files/metco/oerlikon_BRO-0001.17_TS_MaterialGuide_EN.pdf
Folomeikin Y.I., Karachevtsev F.N., Stolyarova V.L. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. P. 934. https://doi.org/10.1134/S0036023619070088
Kablov E., Stolyarova V., Vorozhtcov V. et al. // Rapid Comm. Mass Spectrom. 2020. V. 34. P. e8693. https://doi.org/10.1002/rcm.8693
Guskov V.N., Gavrichev K.S., Gagarin P.G. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. P. 1265. https://doi.org/10.1134/S0036023619100048
Kim D.J. // J. Am. Ceram. Soc. 1989. V. 72. № 8. P. 1415.
Лопато Л.М., Нигманов Б.С., Шевченко А.В., Зайцева З.А. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1986. Т. 22. № 5. С. 771.
Foex M., Traverse J.P. // Revue Internationale des Hautes Temperatures et des Refractaires. 1966. V. 3. P. 429.
Шевченко А.В., Лопато Л.М., Зайцева З.А. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1984. Т. 20. № 9. С. 1530.
МИ 1.2.030 “Методика измерений теплоемкости материалов на основе тугоплавких соединений в диапазоне температур от 20 до 1400°С”. Федеральный реестр № 1.32.2011.10648.
МИ 1.2.031 “Методика измерений тепло- и температуропроводности материала на основе тугоплавких соединений в диапазоне температур от 20 до 1400°С”. Федеральный реестр № 1.32.2011.10649.
МИ 1.2.029 “Методика измерений термического коэффициента линейного расширения материалов на основе тугоплавких соединений в диапазоне температур от 20 до 1400°С”. Федеральный реестр № 1.32.2011.10647.
Шевченко А.В., Лопато Л.М., Назаренко Л.В. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1984. Т. 20. № 11. С. 1862.
Михеев М.А., Михеева И.М. Физические основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Журнал неорганической химии