Исследование приготовления и механических свойств пурпурной керамики.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8755 (2023) Цитировать эту статью

629 Доступов

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье была опубликована 27 июля 2023 г.

Эта статья обновлена

Целью данной статьи является создание умной носимой фиолетовой керамики, которая соответствует требованиям к цвету фиолетовой умной одежды, представленной на рынке, после использования цирконата неодима в качестве хромогенного агента. Однако механические характеристики цирконато-неодимовой фиолетовой керамики неудовлетворительны, особенно она имеет чрезвычайно низкую вязкость разрушения. Чтобы решить эту проблему, при приготовлении многофазной керамики к цирконату неодима добавляют 3 мол.% стабилизированного иттрием диоксида циркония (3YSZ) для улучшения ее механических свойств. В данном эксперименте в интервале температур спекания 1400–1500 °С была приготовлена ​​серия керамических образцов с добавкой возрастающего количества 3YSZ 0, 20, 40, 50, 60, 70 и 80 %. Установлено, что при той же температуре механические свойства керамических образцов постепенно улучшаются с увеличением содержания 3YSZ. При этом при одинаковом содержании механические свойства керамических образцов постепенно улучшались с понижением температуры. Результаты показывают, что при массовой доле 3YSZ 80 % и спекании при 1400 °С вязкость разрушения полученных керамических образцов достигает 8,15 МПа‧м1/2, что почти в два раза выше, чем у монолитного цирконата неодима. 2,57 МПа‧м1/2. Твердость по Виккерсу полученных керамических образцов достигла 12,93 ГПа, что почти на 88% выше, чем у нелегированного цирконата неодима. Это указывает на то, что образцы могут применяться в интеллектуальных носимых устройствах, таких как объединительная плата мобильных телефонов, что имеет определенное практическое значение для инженерного упрочнения цирконатной керамики.

Цветная керамика широко используется в различных отраслях промышленности с бурным развитием науки и информационных технологий. Поскольку цветная керамика имеет яркий цвет, хорошую металлическую текстуру и, в основном, имеет низкие характеристики помех сигнала, ее начали все чаще использовать в интеллектуальных носимых устройствах, таких как объединительные платы мобильных телефонов, кольца для часов и другие. Однако хрупкость является основным недостатком этой керамики, особенно керамики из цирконата неодима; поэтому улучшение механических свойств, особенно вязкости разрушения керамики, стало главным приоритетом. Мацумура и др.1 приготовили керамический материал La2Zr2O7 с использованием гидензинового метода и измерили, что его вязкость разрушения и прочность на изгиб достигли 1,9 МПам1/2 и 172 МПа соответственно. Ли и др.2 добавили оксид иттрия к цирконату гадолиния для приготовления композитной керамики и обнаружили, что твердость по Виккерсу увеличилась с 6 до 10 ГПа. Юй Чжан и др.3 легировали цирконий, стабилизированный оксидом иттербия, цирконатом гадолиния, что привело к значительному улучшению вязкости разрушения материала.

Цирконий обладает характеристиками упрочнения с фазовым переходом; поэтому мартенситное фазовое изменение является одной из его основных характеристик. Следовательно, его обычно используют для улучшения вязкости разрушения керамических материалов4. Цирконий тщательно изучается, и исследования циркониевой керамики остаются горячей точкой. Циркониевая керамика все более широко используется в аэрокосмической, электронной, металлургической и коммуникационной сферах, а также в других отраслях5. Диоксид иттрия добавляется к большинству диоксида циркония. В частности, к диоксиду циркония добавляют 6–8 мол% Y2O3 для получения кубической фазы, а к диоксиду циркония добавляют 3–6 моль % иттрия для получения частично стабилизированного диоксида циркония. Полностью стабильный диоксид циркония имеет высокую ионную проводимость, а частично стабилизированный диоксид циркония имеет превосходные механические свойства при комнатной температуре и высокой температуре6.

Многие переходные металлы имеют в соединении не только одно валентное состояние, но также сосуществуют в нескольких валентных состояниях. Фухимори7 назвал это явление теорией смешанно-валентного состояния. Это связано с наличием в кристалле точечных дефектов, в результате чего кристалл обладает особыми магнитными, оптическими и электрическими свойствами. Итак, на рынке имеется керамика из красного циркония, которую получают путем добавления триоксида железа к диоксиду циркония для получения красного цвета8. Пурпурную керамику получают добавлением к диоксиду циркония оксида неодима или цирконата неодима9. Небесно-голубую керамику получают добавлением к цирконию оксида никеля и оксида алюминия10. Зеленую керамику получают путем добавления к цирконию определенного количества оксида никеля, оксида алюминия, оксида хрома и оксида кремния11. Цветная керамика, производимая на этих рынках, имеет широкий спектр применения, в первую очередь в украшениях и интеллектуальных носимых устройствах, таких как объединительные платы мобильных телефонов, кольца для часов и другие12,13.