Journals →  Цветные металлы →  2022 →  #9 →  Back

Научные разработки РХТУ имени Д. И. Менделеева
ArticleName Синтез наноструктурных керамических материалов из ZrO2, выдерживающих термоудар при погружении в расплавы сталей
DOI 10.17580/tsm.2022.09.01
ArticleAuthor Кораблева Е. А., Харитонов Д. В., Лемешев Д. О., Жуков Д. Ю.
ArticleAuthorData

АО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» имени А. Г. Ромашина», Обнинск, Россия:

Е. А. Кораблева, ведущий инженер-технолог, канд. техн. наук, эл. почта: korablea61@mail.ru
Д. В. Харитонов, заместитель директора НПК по производственной деятельности, докт. техн. наук

 

Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия:
Д. О. Лемешев, декан факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, канд. техн. наук, доцент
Д. Ю. Жуков, директор технологического центра «Экохимпроект», канд. техн. наук, доцент

Abstract

Представлен обзор по синтезу наноструктурных керамических материалов, выдерживающих термический удар при погружении в расплавы сталей и работающих в качестве твер дых электролитов. Рассмотрена возможность получения термостойкой плотной керамики из порошковой системы на основе ZrO2 – MgO, ZrO2 – Y2O3 с контролируемой структурой частиц для изготовления твердых электролитов датчиков окисленности сталей при применении в контакте с их расплавами. Представлены способ получения наноструктурной керамики системы ZrO2 – MgO с повышенным значением термостойкости из нанокристаллических порошков и результаты изучения свойств чувствительных элементов. Подробно рассмотрены аспекты получения керамики на основе диоксида циркония со структурой, которая позволяет изделиям работать в условиях высоких температур и в расплавах сталей. Показано, что создание в структуре этого материала нанокристаллических включений придает ему термостойкость и проводящие свойства при погружении в расплав сталей при температурах 1550–1800 oC. Представлены результаты исследования технологических параметров получения чувствительных элементов с оптимальной термостойкой структурой. Приведены результаты испытаний чувствительных элементов с твердыми электролитами разных составов в условиях промышленной эксплуатации. Наилучшие эксплуатационные характеристики (время выхода на стабильные показания, ЭДС после погружения в расплав, разброс в пределах площадки стабильных показаний в высокораскисленных сталях) имеет чувствительный элемент состава ZrO2 + 2,0 % (мас.) MgO, изготовленный из порошков, синтезированных методом осаждения, структура которого содержит большое количество эллипсоидных выделений тетрагональной фазы.

Исследования проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования имени Д. И. Менделеева в рамках проекта № 075-15-2021-688.

keywords Наноструктурные керамические материалы, твердые электролиты, чувствительные элементы, датчики окисленности сталей, диоксид циркония, частично стабилизированный диоксид циркония, термостойкая керамика, электропроводящая керамика, формирование структуры керамики
References

1. Зинковский И. В., Игнатов А. Л., Кромм В. В. и др. Использование кислородных зондов Celox при внепечной обработке стали // Электрометаллургия. 2007. № 5. С. 4–8.
2. Сидоров В. В., Петров Д. Н., Косенков О. М., Горюнов А. В. Методика экспресс-контроля определения содержания кислорода по ходу вакуумной индукционной плавки в расплавах жаропрочных никелевых сплавов с применением специальных кислородных зондов // Труды ВИАМ. 2018. № 2. DOI: 10.18577/23w07-6046-2018-0-2-2-2.
3. Жигачев А. О., Головин Ю. А., Умрихин А. В., Коренков В. В. и др. Высокотехнологичная наноструктурная
керамика на основе диоксида циркония. Мир материалов и технологий. — 2-е изд., дополн. и исправ. — М. : Техносфера, 2020. С. 340–370.
4. Промахов В. В., Жуков И. А., Ворожцов С. А. и др. Термостойкие керамические композиты на основе диоксида циркония // Новые огнеупоры. 2015. № 11. С. 39–44.
5. Дмитриевский А. А., Жигачев А. А., Жигачева Д. Г., Тюрин А. И. Структура и механические свойства композиционной керамики CaO – ZrO2 – Al2O3 при малых концентрациях корунда // Журнал технической физики. 2019. Т. 89, № 1. С. 107–111.
6. Soylemez B., Sener E., Yurdakul A., Yurdakul H. Fracture toughness enhancement of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystalline ceramics through magnesia-partially stabilized zirconia addition // J. Sci. Adv. Mater. Devices. 2020. No. 5. P. 527–534.
7. Кораблева Е. А., Харитонов Д. В., Анашкина А. А., Лемешев Д. О. Особенности создания термостойких наноструктурированных керамических материалов в системе ZrO2 – MgO // Цветные металлы. 2019. № 10. С. 61–66. DOI: 10.17580/tsm.2019.10.10.
8. Кораблева Е. А., Харитонов Д. В., Лемешев Д. О., Пылинина А. И. Возможность получения термостойких структур в керамике на основе ZrO2 // Черные металлы. 2020. № 10. С. 54–59.
9. Буяков А. С., Зенкина Ю. А., Буякова С. П., Кульков С. Н. Фрактальная размерность поверхности разрушения пористого ZrO2 – MgO композита // Неорганические материалы. 2020. Т. 11, № 5. С. 1253–1259.
10. Schwarzer E., Scheithauer U., Brosche M., Richter H.-J., Moritz T. Deep drawing of ceramic green tapes – a promising technology for producing new lightweight non-planar kiln furniture // J. Ceram. Sci. Tech. 2017. Vol. 8. P. 169–176. DOI: 10.4416/JCST2016-00106.
11. Saenko I., Fabrichnaya O. Phase relations in the ZrO2 – MgO – FeOx system: experimental data and assessment of thermodynamic parameters // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2021. Vol. 42. DOI: 10.1007/s11669-021-00876-y.
12. Майзик М. А., Харитонов Д. В., Лемешев Д. О., Жуков Д. Ю. Керамика на основе ZrO2 для высокотемпературных применений // Черные металлы. 2020. № 10. С. 50–53.
13. Mythili Prakasam, Sorina Valsan, Yiying Lu, Félix Balima et al. Nanostructuredpure and doped zirconia : syntheses and sintering for SOFC and optical applications // Sintering Technology – Method and Application. IntechOpen Limited. 2018. P. 85–105. DOI: 10.5772/intechopen.81323.
14. Glymond D., Vick M., Giuliani F., Vandiver L. Hightemperature fracture toughness of mullite with monoclinic zirconia // Journal of the American Ceramic Society. 2017. Vol. 100, No. 4. P. 1570–1577.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back