АО «ОНПП «Технология» им. А. Г. Ромашина», Обнинск, Россия:

М. А. Майзик, инженер-технолог, эл. почта: mar-majzik@yandex.ru

Д. В. Харитонов, заместитель директора научно-производственного комплекса 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, советник ректора, канд. техн. наук, доцент

Разработка материалов для современной техники является задачей актуальной и перспективной. Совершенствование и усложнение техники и оборудования обуславливает развитие новых направлений в материаловедении. В данной работе рассматриваются современные высокоплотные материалы на основе диоксида циркония с варьированным содержанием стабилизирующей добавки оксида иттрия, влияющей на фазовый состав материала и конечные свойства изделий. Разработанные керамические материалы подтвердили свою способность выдерживать резкий перепад температур в рабочем интервале температур от +20 до +700 ^oC без разрушения и при этом сохранять стабильность фазового состава при эксплуатации. Исследуемые материалы находят применение в качестве несущей керамической основы в датчиках контроля парциального давления кислорода в различных газовых средах. Керамическая основа получена методом литья керамических пленок на движущуюся майларовую подложку. Данный метод позволяет получать пленки толщиной от 150 до 400 мкм. В настоящей работе исследовали образцы толщиной 250–270 мкм. Представлены результаты лабораторных испытаний керамической несущей основы на способность выдерживать нагревание до 650–700 ^oC и резкое охлаждение до комнатной температуры без разрушения. Приведены результаты рентгенофазового и структурного анализа образцов до и после испытаний. Определены кажущаяся плотность и открытая пористость образцов. Разработана лабораторная методика испытаний образцов, имитирующая реальные условия эксплуатации датчиков парциального давления кислорода и подтверждающая работоспособность изделий. Установлена природа образования трещин в материале в процессе многократного термоциклирования (от +25 до +700 ^oC). Обнаружено влияние метастабильных фаз на получение неизменных по свойствам (средняя плотность, открытая пористость, относительная плотность, фазовый состав) керамических пленок.

Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д. И. Менделеева. Номер проекта 041-2018.

1. Tao Liu, Xiaofang Zhang, Lei Yuan, Jingkun Yu. A review of high-temperature electrochemical sensors based on stabilized zirconia. Solid State Ionics. 2015. No. 283. pp. 91–102.
2. Persson A., Khaji Z., Klintberg L. Dynamic behaviour and conditioning time of a zirconia flow sensor for high-temperature applications. Sensors and Actuators A: Physical. 2016. Vol. 251. pp. 59–65.
3. Studenikin G . V., Mokhon T. V., Lukashenko G. V. The effect of zirconium nanopowder on the sintering temperature. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. 2010. No. 7. pp. 21–28.
4. Amiel S., Copin E., Sentenac T., Lours P., Le Maoult Y. On the thermal sensitivity and resolution of a YSZ:Er³⁺/YSZ:Eu³⁺ fluorescent thermal history sensor. Sensors and Actuators A: Physical. 2018. Vol. 272. pp. 42–52.
5. Korableva E. A., Yakushkina V. S., Nekrasov E. V., Savanina N. N., Rusin M. Yu., Vikulin V. V. Electrochemical element and method of its manufacturing. Patent RF, No. 2379670. Published: 20.01.2010.
6. Korableva E. A., Mayzik M. A., Savanina N. N. Formation of tape structures in solid electrolytes. Novye ogneupory. 2014. No. 14. pp. 47–50.
7. HaoLiu, Shuwen Jiang, Xiaohui Zhao, Hongchuan Jiang, Wanli Zhang. YSZ/Al₂O₃ multilayered film as insulating layer for high temperature thin film strain gauge prepared on Ni-based superalloy. Sensors and Actuators A: Physical. 2018. Vol. 279. pp. 272–277.
8. Jens Eichler, Ulrich Eisele, Jurgen Rodel. Mechanical Properties of Monoclinic Zirconia. Journal of the American Ceramic Society. 2004. Vol. 87, No 7. pp. 1401–1403.
9. Schelling P. K., Phillpot S. R., Wolf D. Mechanism of the Cubic-to-Tetragonal Phase Transition in Zirconia and Yttria-Stabilized Zirconia by Molecular-Dynamics Simulation. Journal of the American Ceramic Society. 2001. Vol. 84, No 7. pp. 1609–1619.
10. Grosso R. L., Muccillo E. N. S., Castro R. H. R. Phase stability in scandiazirconia nanocrystals. Journal of the American Ceramic Society. 2017. Vol. 100, No 5. pp. 2199–2208.
11. Glymond D., Vick M. J., Giuliani F., Vandeperre L. J. High-temperature fracture toughness of mullite with monoclinic zirconia. Journal of the American Ceramic Society. 2017. Vol. 100, No 4. pp. 1570–1577.
12. Gibson I. R. Qualitative X-ray Diffraction Analysis of Metastable Tetragonal (t*) Zirconia. Journal of the American Ceramic Society. 2001. Vol. 84, No 3. pp. 615–618.