ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗМЕРА ЗЕРНА НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ

Аннотация

Представлены результаты испытаний на динамическую прочность керамических образцов оксида алюминия с различным размером зерна. Керамики получены методом электроимпульсного плазменного спекания промышленных субмикронных и микронных порошков ?-Al2O3. Нагрев проводили со скоростью 10 °С/мин. Керамики имели высокую относительную плотность (более 98%), однородную мелкозернистую микроструктуру, средний размер зерна составлял 0,8–13,4 мкм. Размер зерна керамики варьировали за счет изменения температуры спекания и скорости нагрева, а также за счет изменения начального размера частиц порошка ?-Al2O3. Динамические испытания на сжатие проводили по модифицированному методу Кольского с использованием разрезного стержня Гопкинсона. Испытания проводились с помощью газовой пушки ПГ-20 калибром 20 мм при комнатной температуре со скоростью деформации ~103 с–1. Установлено, что зависимость динамического предела прочности оксида алюминия от размера зерна имеет немонотонный характер с максимумом. Максимальная величина динамического предела прочности на сжатие (?Y = 1060 МПа) обеспечивается при среднем размере зерна ~2,9–3 мкм. Показано, что снижение ?Y оксида алюминия в области субмикронных размеров зерен обусловлено снижением относительной плотности керамики, спеченной при более низких температурах электроимпульсного плазменного спекания. Высказано предположение, что уменьшение ?Y керамики в области микронных размеров зерен обусловлено формированием внутренних микронапряжений вблизи границ зерен. Установлено, что с увеличением размера зерна твердость HV оксида алюминия уменьшается, а минимальный коэффициент трещиностойкости по Палмквисту KIC повышается. Полученные результаты демонстрируют отсутствие необходимости обеспечивать формирование наноструктуры в керамиках для обеспечения высоких характеристик их динамической прочности.