АО «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина», Обнинск, Россия:
Е. А. Кораблева, ведущий инженер-технолог, эл. почта: korablea61@mail.ru
Д. В. Харитонов, докт. техн. наук, заместитель директора НПК по производственной деятельности

ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева», Москва, Россия:
Д. О. Лемешев, канд. техн. наук, доцент, декан факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов

ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», Москва, Россия:
А. И. Жукова, канд. хим. наук, доцент, заместитель декана факультета физико-математических и естественных наук

Сегодня широкое распространение получают аддитивные технологии, и металлургия лидирует в этом направлении. Однако применение таких технологий обусловливает появление новых требований к керамическим материалам, используемым в черной металлургии. Особое внимание уделяют способности материала выдерживать резкое нагревание до высоких температур и последующее быстрое охлажде ние. Авторами рассмотрена возможность получения термостойкой керамики из порошковой системы на основе ZrO₂ с контролируемой структурой частиц и порового пространства для широкого применения в контакте с расплавами сталей и сплавов. При получении керамики основные задачи состояли в создании поровой структуры, препятствующей распространению трещин и образованию магистральной трещины, а также в формировании мелкокристаллической структуры, снижающей скорость распространения трещин. Исследованы втулки из керамики системы диоксид циркония – оксид магния, оптимальные по своим параметрам для использования в качестве сопел и труб, через которые проходит расплав металла при распылении и получении порошков при реализации аддитивных технологий. В ходе эксперимента методом холодного изостатического прессования (ХИП) были выполнены заготовки втулок с различным значением открытой пористости. В качестве критерия термостойкости было выбрано число теплосмен, которое материал выдерживает без разрушения при охлаждении заготовки в проточной воде после нагревания в печи (термоудар). Испытания на термоудар показали, что самыми термостойкими оказались втулки с открытой пористостью в диапазоне 8–10 %: втулки выдержали 11–12 теплосмен (1200 °C, вода) без разрушения. Исследована микроструктура заготовок с различными значениями открытой пористости, показаны особенности морфологии частиц и пор в спеченной структуре, установлена эволюция фазового состава спеченной керамики.

1. Рутман Д. С., Торопов Ю. С., Плинер С. Ю. и др. Высокотемпературные материалы из диоксида циркония. — М. : Металлургия, 1985. С. 112–115.
2. Скороход В. В., Гнесин Г. Г. Неорганическое материаловедение. — Киев : Наукова думка, 2008. — С. 746–747.
3. Yakushkina V. S., Korabloyva E. A., Vikulin V.V., Rusin M. Yu., Savanina N. N. Solid electrolyte sensors for the control of liquid and gaseous media // Proceedings of the Third International Conference on Precious Metals. 2008. P. 172–173.
4. Якушкина В. С., Кораблёва Е. А., Викулин В. В., Русин М. Ю., Саванина Н. Н. Керамика из наноструктурных порошков диоксида циркония для высокотемпературных электрохимичеких уcтройств // Тр. Междунар. науч.-практ. конф. «Нанотехнологии — производству-2007». — М. : Наноидустрия, 2008. — С. 259–364.
5. Промахов В. В., Жуков И. А., Ворожцов С. А., Жуков А. С., Ворожцов А. Б. Термостойкие керамические композиты на основе диоксида циркония // Новые огнеупоры. 2015. № 11. С. 39–44.
6. Glymond D., Vick M. J., Giuliani F., Vandeperre L. J. High-temperature fracture toughness of mullite with monoclinic zirconia // J. Am. Ceram. Soc. 2017. Vol. 100, Iss. 4. P. 1570–1577.
7. Aragón-Duarte M. C., Nevarez-Rascón, Esparza-Ponc H. E. Nevarez-Rascón M. M., Talamantes R. P. et al. Nanomechanical properties of zirconia-yttria and alumina zirconia-yttria biomedical ceramics, subjected to low temperature aging // Ceramics Internationa. 2017. Vol. 43, Iss. 5. P. 3931–3939. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.033

8. Pfeifer S., Demirci P., Duran R., Stolpmann H. Synthesis of zirconia toughened alumina (ZTA) fibers for high performance materials // Journal of the European Ceramic Society. 2016. Vol. 36, Iss. 3. P. 725–731. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2015.10.028
9. Meunier C., Zuo F., Peillon N., Saunier S. In situ study on microwave sintering of ZTA ceramic: Effect of ZrO₂ content on densification, hardness, and toughness // J. Am. Ceram. Soc. 2017. Vol. 100, Iss. 3. P. 929–936. DOI: 10.1111/jace.14658
10. Maiti P., Bhattacharya M., Das P. S. Indentation size effect and energy balance issues in nanomechanical behavior of ZTA ceramics // Ceramics International. 2018. Vol. 44, Iss. 8. P. 9753–9772. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.02.210
11. Kumagai T. Hot extrusion of nanocrystalline yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals // Journal of Materials Research. 2016. Vol. 31, Iss. 21. P. 3290–3302. DOI: 10.1557/jmr.2016.371
12. Кораблева Е. А., Харитонов Д. В., Анашкина А. А., Лемешев Д. О. Особенности создания термостойких наностуктурированных керамических материалов в системе ZrO2 – MgO // Цветные металлы. 2019. № 10. С. 61–66.
13. ГОСТ 7875.2–2018. Изделия огнеупорные. Метод определения термической стойкости на образцах. — Введ. 01.04.2019.
14. ГОСТ 2409–2014. Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения. — Введ. 01.09.2015.