Композит на основе диоксида циркония, модифицированного углеродными нанотрубками: структура и механические свойства
Автор: Ляпунова Е.А., Григорьев М.В., Скачков А.П., Наймарк О.Б., Кульков С.Н.
Статья в выпуске: 4, 2015 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты исследования механических свойств синтезированного композита «оксид циркония - многостенные углеродные нанотрубки». Керамический композит получали на основе гидротермального синтеза из суспензии соли циркония с диспергированными углеродными нанотрубками, закритической сушкой гидрогеля и последующей термообработкой аэрогеля. Спекание фрагментов аэрогеля в объемный образец-таблетку производили методом горячего прессования. Исследование механических свойств композита осуществлялось на базе системы нано- и микроиндентирования NanoTest. Проведены эксперименты по однократному микроиндентированию синтезированного композита для различных значений максимальной приложенной нагрузки в интервале 100-500 мН. По экспериментальным данным «величина нагрузки - глубина индентирования» на основе стандартной модели Оливера-Фарра оценивали упругий модуль материала и твердость; энергию, диссипированную в материал на стадии индентирования, и энергию упругого восстановления материала на стадии разгрузки определяли по площади под соответствующими участками кривой индентирования. Показано, что зависимость твердости композита от глубины отпечатка носит степенной характер, тогда как модуль упругости линейным образом уменьшается. Доля диссипированной в материал в процессе однократного индентирования энергии растет с увеличением глубины отпечатка/прикладываемой нагрузки. Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о чувствительности прочностных свойств композита к предварительному нагружению.
Ерамический нанокомпозит, углеродные нанотрубки, трансформационно- упрочняемая керамика, микроиндентирование, диссипированная в материал энергия
Короткий адрес: https://sciup.org/146211590
IDR: 146211590 | DOI: 10.15593/perm.mech/2015.4.18
Список литературы Композит на основе диоксида циркония, модифицированного углеродными нанотрубками: структура и механические свойства
- Jorio A., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S. Carbon nanotubes. Advanced topics in the synthesis, structure, properties and applications//Topics in applied physics. -2008. -Vol. 111. -722 p.
- Дьячков П.Н. Электрические свойства и применение нанотрубок. -М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. -488 с.
- Direct observation of toughening mechanisms in carbon nanotube ceramic matrix composites/Z. Xia, L. Riester, W.A. Curtin, H. Li, B.W. Sheldon, J. Liang, B. Chang, J.M. Xu//Acta Materialia. -2004. -Vol. 52. -Р. 931-944. DOI: DOI: 10.1016/j.actamat.2003.10.050
- Структурные особенности композита диоксид циркония/многостенные углеродные нанотрубки, полученного электрофорезом/Е.А. Ляпунова, О.Б. Наймарк, С.Н. Кульков, Е.С. Дедова, И.А. Соболев//Неорганические материалы. -2015. -Т. 51, № 1. -С. 23-28. DOI: DOI: 10.7868/S0002337X14120148
- Vasiliev A.L., Poyato R., Padture N.P. Single-wall carbon nanotubes at ceramic grain boundaries//Scripta Materialia. -2007. -Vol. 56. -Р. 461-463. DOI: DOI: 10.1016/j.scriptamat.2006.12.007
- The sintering and grain growth behavior of ceramic-carbon nanotube composites/F. Inam, H. Yan, T. Peijs, M.J. Reece//Composites Science and Technology. -2010. -Vol. 70. -Р. 947-952. DOI: DOI: 10.1016/j.compscitech.2010.02.010
- A novel structure for carbon nanotube reinforced alumina composite with improved mechanical properties/G. Yamamoto, M. Omori, T. Hashida, H. Kimura//Nanotechnology. -2008. -Vol. 19. -315708. DOI: DOI: 10.1088/0957-4484/19/31/315708
- Zapata-Solvas E., Gomze-Garsia D., Dominguez-Rodriguez A. Towards physical properties tailoring of carbon nanotubes-reinforced ceramic matrix composites//Journal of European Ceramic Society. -2012. -Vol. 32. -Р. 3001-3020. DOI: DOI: 10.106/j.eurceramsoc.2012.04.018
- Matsuzawa M., Yajima N., Horibe S. Damage accumulation caused by cyclic indentation in zirconia ceramics//Journal of materials science. -1999. -Vol. 34. -Р. 5199-5204.
- Nawa M., Yamada K., Kurizoe N. Effect of the t-m transformation morphology and stress distribution around the crack path on the measured toughness of zirconia ceramics: A case study on Ce-TZP/alumina nanocomposite//Journal of European Ceramic Society. -2013. -Vol. 33. -Р. 521-529. DOI: DOI: 10.1016/j.eurceramsoc.2012.10.007
- Gaillard Y., Anglada M., Jimenez-Pique E. Nanoindentation of yttria-doped zirconia: effect of crystallographic structure on deformation mechanisms//Journal of Material Research. -2009. -Vol. 24. -No. 3. -P. 719-727. DOI: DOI: 10.1557/jmr.2009.0091
- Characterizing the transformation near indents and cracks in clinically used dental yttria-stabilized zirconium oxide constructs/A. Maerten, P. Zaslansky, C. Mochales, T. Traykova, W.D. Mueller, P. Fatzl, C. Fleck//Dental Materials. -2013. -Vol. 29. -P. 241-251. DOI: DOI: 10.1016/j.dental.2012.10.008
- Структурные особенности композита диоксид циркония/многостенные углеродные нанотрубки/Е.А. Ляпунова, С.В. Уваров, И.В. Лунегов, С.С. Манохин, О.Б. Наймарк//Актуальные проблемы физики конденсированных сред. -Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2015. -185 с.
- Shearer C.J., Cherevan A., Eder D. Application and future challenges of functional nanocarbon hybrids//Advanced materials. -2014. -Vol. 26. -Iss. 15. -P. 2295-2318. DOI: DOI: 10.1002/adma.201305254
- Исаенкова М.Г., Перлович Ю.А., Головин Ю.И. Использование наноиндентометра для оценки механических свойств материалов: лабораторный практикум. -М.: МИФИ, 2008. -35 с.
- Головин Ю.И. Наноиндентирование и механические свойства твердых тел в субмикрообъемах, тонких приповерхностных слоях и пленках//Физика твердого тела. -2008. -Т. 50. -Вып. 12. -C. 2113-2142.
