It have been studied properties of the ceramics with different contents MgO. Is studied influence of an additive of MgO on porosity and mechanical properties of composites of Al[2]O[3]-MgO. It was show that the increase in quantity of MgO is followed by increase in volume of a pore space in composites

Буякова, Светлана Петровна

Гербер, А. А.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Секция 3. Перспективные материалы и технологии  ________________________________________________________________________  263   4. Продолжительность спекания незначительно влияет на физико-механические свойства материала, в связи с этим экономически целесооб-разно выбирать время от 1 до 2 часов; Таким образом, мы можем выбрать наиболее оптимальный режим изготовле-ния материала, при котором материал будет обладать высокими механическими и триботехническими свойствами при сохранении достаточного уровня остаточной пористости: давление прессования = 600 МПа; температура спекания = 1300оС; вре-мя спекания = 1-2 ч; При данных условиях изготовления материал обладает следующими физико-механически характеристиками: пористость = 26%; плотность = 5.9 г/см3; модуль упругости = 150 ГПа; микротвердость = 1,7 ГПа. В исследованных интервалах нагрузок и скоростей скольжения коэффициент трения данного материала находится в пределах от  0,43 до 0,55. По сравнению с пористым железом данная композиция из смеси железа и титана может эффективно работать при более высоких скоростях скольжения и нагрузках.  Список литературы 1. Металлы и сплавы : справочник / В. К. Афонин, Б. С. Ермаков, Е. Л. Лебедев и др; под ред. Ю. П. Солнцева. - СПб. : Профессионал, 2006. -с.779; 2. Матренин С.В., Слосман А.И., Мячин Ю.В. Электроразрядное спекание же-лезо-титанового антифрикционного сплава. //Известия Томского политехни-ческого университета, 2005. - т.308 - № 4. - с. 74-77; 3. Кивало Л.И., Григоренко Н.Ф., Скороход В.В. Контактное взаимодействие между жидкой и твердой фазами в дисперсной системе титан-железо // Пор. мет. 1988.-N9.- с. 25-28; 4. Бабец Н. В. Композиционные пористые материалы на основе железа и их применение в узлах трения / Н. В. Бабец, Б. Н. Васильев, М. А. Исламов //Молодой ученный. -2011. - №5. Т.1. - с.54-56.    ВЛИЯНИЕ MgO НА СТРУКТУРНО-ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ Al2O3-MgO С.П. БУЯКОВА1, А.А. ГЕРБЕР1,2 1Томский политехнический университет 2Институт физики прочности и материаловедения СО РАН E-mail: nastya.gerber91@mail.ru INFLUENCE OF MGO ON A STRUCTURAL AND PHASE CONDITION OF CERAMIC COMPOSITES OF MEDICAL PURPOSE OF AL2O3. S.P. BUYKOVA1, A.A. GERBER1,2 1Tomsk polytechnic university; 2Institute of strength physics and material science SB RAS E-mail: nastya.gerber91@mail.ru  Annatation.It have been studied properties of the ceramics with different contents MgO. Is studied influence of an additive of MGO on porosity and mechanical properties of composites of Al2O3-MgO. It  264  was show that the increase in quantity of MgO is followed by increase in volume of a pore space in compo-sites. Keywords: corundum, porosity, microstructure, compression strength.  Введение. В настоящее время среди биологически инертных материалов наибольшее распространение благодаря высокой химической стабильности, механи-ческой прочности, твердости и износостойкости получила керамика на основе окси-да алюминия. Такие материалы в условиях длительного пребывания в организме че-ловека сохраняют биохимические свойства, что способствует безреакционному вживлению и длительной эксплуатации, а также делает ее наиболее перспективной для применения в качестве костных имплантатов [1]. Цель работы – изучение влияния концентрации вводимого в спекаемую смесь оксида магния в количестве до 10 вес.% на пористость, усадку, характеристи-ки микроструктуры и механические свойства спеченного материала. Материалы и методика исследований. В качестве материалов для исследо-ваний был взят порошок окиси алюминия – глинозем марки ГОО, полученный мето-дом кальцинацией гидроксида алюминия, и высокодисперсный порошок оксида магния, полученный методом обжига магнезита. На основе исходных порошков были получены образцы керамики системы Al2O3–MgO с соотношением компонентов (до 10 вес.% MgO) соответственно.   Смеси готовили при механической обработке в барабанной мельнице в тече-ние 25 часов.  Получение образцов керамики производилось методом порошковой техноло-гии и заключалось в прессовании порошков и последующем спекании прессовок. Исходные порошки указанных оксидов прессовали в стальной пресс форме при дав-лении 13 Мпа. Образцы изготавливали в виде цилиндров. Спекание прессовок осу-ществлялось на воздухе при температуре 1600оС с продолжительностью изотерми-ческой выдержки в течение часа. Измерения среднего размера пор оценивались по микрофотографиям мето-дом случайных секущих. По полученным данным строились распределения пор по размерам в виде гистограмм, зависимости среднего размера пор от пористости, определялись средние размеры пор. Механические испытания на сжатие образцов керамики осуществляли на ис-пытательной установке «DEVOTRANS» с постоянной скоростью нагружения 10 мм/сек. На основании полученных данных строилась зависимость предела прочно-сти на сжатие от пористости. Результаты и обсуждение. На рис.1 представлены снимки структуры  по-рошка Al2O3 (а), снимок структуры  порошка MgO (б) и распределение частиц по размерам в порошке (в, г) соответственно. Исходные порошки оксида алюминия и оксида магния состоят из агломератов пенообразной формы. Частицы порошка Al2O3 имеют широкое распределение по размерам (0-320 мкм), частицы порошка MgO – узкое распределение (0-40 мкм). Секция 3. Перспективные материалы и технологии  ________________________________________________________________________  265       а)       б)     в)       г) Рисунок 1 - РЭМ изображения структуры порошка: а)  Al2O3; б) MgO; в) распреде-ление частиц по размерам в порошке Al2O3; г) распределение частиц по размерам в порошке MgO Исследования показали, что для распределения частиц по размерам в порош-ках Al2O3 ,MgO характерна унимодальность, при этом средний размер частиц со-ставляет для оксида алюминия 103,3 мкм, для оксида магния 14,3 мкм. На рис. 2 представлены снимки структуры  спеченной керамики Al2O3 – MgO при минимальном содержании MgO (а), максимальном содержании MgO (б), рас-пределение пор по размерам (в, г) соответственно.  266  .     а)       б)  в)       г) Рисунок 2 – РЭМ изображения структуры полированной поверхности керамики Al2O3 – MgO: а) с добавкой 0.5% MgO; б) с добавкой 10% MgO; в) распределение пор по размерам в керамике Al2O3 – MgO (0.5% MgO);  распределение пор по разме-рам в керамике Al2O3 – MgO (10% MgO) Поровая структура образца с содержанием 10% MgO представляет собой си-стему непрерывных каналообразующих пор неупорядоченной формы (рис. 2 б).  В отличие от керамики с 10% MgO, поровая структура образцов керамики с 0.5 % MgO представлена, в основном, изолированными порами случайной формы и совокупностями сообщающихся пор (рис. 2 а).  Из рис. 2 (в, г) видно, что в обоих типах керамики присутствует унимодаль-ное распределение пор по размерам.  На рис. 3 представлена зависимость значений пористости от содержания ок-сида магния. Видно, что поровое пространство в керамике увеличивается с увеличе-нием количества порошка оксида магния. По- видимому, это связано с тем, что до-бавка MgO до 10% способствует созданию наиболее равномерно спрессованной за-готовке. На рис. 4 представлена зависимость среднего размера пор от концентрации порошка оксида магния. При увеличении содержания MgO возрастает средний раз-Секция 3. Перспективные материалы и технологии  ________________________________________________________________________  267   мер пор от 37,3 мкм до 65,6 мкм. С повышением температуры спекания возрастает давление паров (в результате спекания или диссоциации спекающегося материала), поэтому может возрастать пористость керамики.   Рисунок 3 – Зависимость  пористости       Рисунок 4 – Зависимость среднего              от содержания MgO          размера пор от содержания MgO   Из рис. 4 наблюдаем увеличение среднего размера пор, это свидетельствует о том, что в процессе спекания происходит достаточная усадка материала, приводя-щая к уплотнению и достижению максимальной плотности. На рис. 5 представлена зависи-мость предела прочности на сжатие от пористости. Анализ физико-механических характеристик исследу-емых материалов показал, что проч-ность при сжатии образцов керамики с увеличением порового пространства уменьшается. Высокие прочностные характеристики можно объяснить тем, что возникающие под воздействием нагрузки трещины затухают в мелких порах, поры уменьшают площадь сече-ния образца и действуют, как концен-траторы напряжений.  Рисунок 5 – Зависимость предела прочности  на сжатие от пористости.  Выводы 1. Изучено влияние добавок MgO на открытую пористость и механические свойства композитов Al2O3 – MgO. Показано, что увеличение количества MgO сопровождается увеличением объема порового пространства в компози-тах. 0 2 4 6 8 10MgO, w.t.%04812162024P, % 268  2. В исследованной керамике распределение пор имеет унимодальное распреде-ление пор по размерам. При добавлении 0.5% MgO средний размер пор со-ставляет <d>=37.3 мкм, а при добавлении 10% MgO - <d>= 65.6 мкм. 3. Обнаружено, что при увеличении концентрации MgO в смеси наблюдается резкое изменение прочностных характеристик, которые тем меньше, чем больше пористость. 4. Установлено, что наиболее приемлемым с точки зрения изготовления кера-мики для зубных имплантатов с высоким уровнем свойств является добавле-ние 0.5% MgO, где прочность на сжатие δ=262 МПа, а пористость Р=5%.  Список литературы 1. Лашнева В. В., Крючков Ю. Н., Сохань С. В. Биокерамика на основе оксида алюминия // Стекло и керамика. 1998. - № 11. - С. 26 - 28. 2. Материаловедение в стоматологии. – М., Медицина, 1984. – 424 с. 3. О проблемах получения оксидной керамики с регулируемой структурой / Е. С. Лукин, Н. Т. Андрианов, Н. Б. Мамаева и др. // Огнеупоры. 1993. - № 5. – С. 11-15.   ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ДЛЯ СОЗДАНИЯ АНАЛОГА ИМПОРТНОЙ ДЕТАЛИ А.А. СОСНОВСКАЯ, Е.А. ДАРЕНСКАЯ Национальный исследовательский Томский политехнический университет  RESEARCH OF STRUCTURE AND MATERIAL PROPERTIES FOR CREATION ANALOG OF IMPORT DETAIL A.A. SOSNOVSKAYA, E.A. DARENSKAYA National Research Tomsk Polytechnic University E-mail: darenskaya@tpu.ru  Annotation. The article describes the research of the seal material of the recombinant apparatus for creation a quality analog of import detail. The phase composition and properties of the material are deter-mined. It is found that the material part is the pseudo-α-titanium alloy VT-4.  С началом украинского кризиса страны Запада ввели против России санкции, направленные на определенные сектора российской экономики. В ответ на это Рос-сия взяла курс на импортозамещение. В Томске проблемы импорта из стран, под-держивающих санкции, актуальны. Закупки комплектующих для ремонта оборудо-вания зарубежного производства, которым оснащены научно-исследовательские ин-ституты и лаборатории вузов Томска, в современных условиях затруднительны. Самым важным при решении этой проблемы является подбор материала для изготовления детали. При этом необходимо учитывать условия её работы, а также характеристики оригинального материала. Проблема заключается в том, что в пас-порте оборудования обычно не указаны марки материалов, из которых изготовлены компоненты. 

Влияние MgO на структурно-фазовое состояние керамических композитов медицинского назначения Al[2]O[3]-MgO

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University