Электроимпульсное плазменное спекание прозрачной керамики из алюмомагниевой шпинели с повышенным фактором формы - Двилис, Эдгар Сергеевич; Хасанов, Олег Леонидович; Деулина, Дарья Евгеньевна; Степанов, Сергей Александрович канд. физ.-мат. наук; Шевченко, Иван Николаевич; Хуан, Фули; Валиев, Дамир Талгатович; Толкачев, Олег Сергеевич; Илела, Алфа Эдисон; Пайгин, Владимир Денисович (Вестник Томского государственного университета. Химия)
Алюмомагниевая шпинель является перспективным прозрачным керамическим материалом. Она может быть использована в качестве прозрачной брони, окон космических аппаратов, сканеров, оптических элементов в системах ночного видения, а также как основа (матрица) для сцинтилляционных и лазерных материалов. Широкий спектр применения керамики на основе MgAl2O4 обусловлен комплексом ее уникальных свойств. Исследования, направленные на создание прозрачных керамических материалов с повышенным фактором формы, актуальны и имеют высокую практическую значимость. В представленной работе выполнена комплексная характеризация коммерческого нанопорошка алюмомагниевой шпинели. Определены его основные структурные особенности. Реологические свойства нанопорошка в процессе его компрессионной и термической консолидации исследованы на основе положений механистической модели прессования аппроксимацией экспериментальных данных уплотнения при электроимпульсном плазменном спекании безразмерным уравнением логарифмической формы, графическое представление которого позволяет оценить возможность достижения беспористого состояния консолидируемого материала и проводить оптимизацию режимов электроимпульсного плазменного спекания. Показано, что построение поверхности уплотнения и отыскание оптимального пути повышения давления и температуры при электроимпульсном плазменном спекании на этой поверхности могут быть использованы для оптимизации режимов консолидации прозрачной керамики. Проведено верифицированное дискретно-элементное моделирование процессов упаковки и консолидации частиц нанопорошка алюмомагниевой шпинели. Модельные и натурные эксперименты показали, что выявленное сочетание температуры (1 300°C) и давления статической подпрессовки (100 МПа) является достаточным для получения беспористой структуры керамики и не приводит к избыточной рекристаллизации. Показано, что прозрачная керамика на основе алюмомагниевой шпинели с повышенным фактором формы может быть изготовлена методом электроимпульсного плазменного спекания при температуре 1 300°C и давлении статической подпрессовки 100 МПа. Оптические и механические свойства изготовленной прозрачной керамики сопоставимы с аналогами или превосходят их. Светопропускание образцов достигает 41% в видимой области спектра и 64% в инфракрасной области, значение микротвердости по Виккерсу составляет 15,6 ± 0,5 ГПа, трещиностой-кости – 4,4 ± 0,4 МПа·м1/2, предела прочности при сжатии – 1,37 ± 0,23 ГПа, ко-эффициента Пуассона – 0,26 ± 0,01, модуля Юнга – 278 ± 6 ГПа, модуля сдвига – 110 ± 2 ГПа.