Registration Number
0825U002477, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
08-08-2025
popup.evolution
.
Title
Processes of microstructure formation, phase composition and optical properties of IR-transparent Y2O3 ceramics.
Author
Dariia G. Chernomorets,
popup.head Roman P. Yavetskiy
popup.opponent Oksana V. Savvova
popup.opponent Yaroslav V. Gerasymov
popup.review Mariya V. Dobrotvorska
popup.review Elena F. Dolzhenkova
popup.rada
Institute of Single Crystals of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
ЧЕРНОМОРЕЦЬ Д.Г. Процеси формування мікроструктури, фазового складу та оптичних властивостей ІЧ-прозорої кераміки Y2O3. – Кваліфікаційна робота на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 «Матеріалознавство». – Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2025.
Дисертацію присвячено визначенню особливостей синтезу прозорої кераміки оксиду ітрію методом вакуумного спікання. Досліджено вплив структурно-морфологічних характеристик вихідних порошків Y2O3 і концентрації ZrO2, як домішки, що сприяє спіканню, на структурно-фазовий стан, оптичні та механічні властивості кераміки Y2O3. Оптимізовано склад водних шлікерів і паст для формування кераміки Y2O3 методами шлікерного лиття і 3D друку. Застосовано комплексний підхід до синтезу ІЧ прозорої кераміки Y2O3, що включає структурний дизайн нанопорошків, забезпечення седиментаційної стабільності суспензій та паст, придатних для формування колоїдними методами, а також керування траєкторією ущільнення за відносно низьких температур спікання.
В першому розділі розглянуто основні аспекти синтезу ІЧ-прозорої кераміки оксиду ітрію. Визначено особливості процесу синтезу нанорозмірних порошків Y2O3 методом високоенергетичного помелу. Описано принципи формування кераміки колоїдними методами компактування: шлікерним литтям і 3D друком (робокастингом). Наведено дані про механізми впливу домішок, які сприяють спіканню, на структурно-фазовий стан кераміки оксиду ітрію. На основі аналізу літературних даних обґрунтовано актуальність комплексного підходу до синтезу прозорої кераміки Y2O3 та визначено основні напрямки досліджень дисертаційної роботи.
У другому розділі детально описано експериментальні методики отримання порошків Y2O3 та виготовлення зразків ІЧ-прозорої кераміки методом реакційного спікання порошкових компактів у вакуумі. Наведено вичерпні відомості про методи дослідження вихідних порошків, а також мікроструктури та фазового складу отриманих керамік. Також описано методики приготування шлікерів і паст Y2O3 для формування кераміки методами шлікерного лиття і 3D друку, відповідно, та досліджень їх реологічних властивостей. Описано методи характеризації мікротвердості синтезованих керамік та їх оптичних властивостей.
В третьому розділі досліджено вплив структурно-морфологічних характеристик вихідних комерційних порошків на мікроструктуру й оптичні властивості кераміки Y2O3, отриманої методом вакуумного спікання. Встановлено, що порошок Nippon Y2O3 має оптимальні структурно-морфологічні властивості для отримання високощільної прозорої кераміки. Визначено режими високоенергетичного помелу вихідних порошків (300 об/хв протягом 1 години), що забезпечило отримання однорідного нанорозмірного порошку Y2O3 з найвищою активністю до спікання, d50~480 нм і питомою площею поверхні 21,3 м2/г. ІЧ-прозора кераміка Y2O3, отримана з використанням оптимізованого порошку методом реакційного вакуумного спікання, має коефіцієнт лінійного оптичного пропускання 78,3% на довжині хвилі 1100 нм.
В четвертому розділі досліджено вплив 0-15 мол.% ZrO2, як домішки, яка сприяє спіканню, на структурно-фазовий стан, механічні та оптичні властивості кераміки Y2O3, отриманої за низької температури T=1735°C методом вакуумного спікання. Встановлено, що в усьому досліджуваному діапазоні концентрацій домішки утворюється монофазний твердий розчин заміщення Y2O3:Zr. З підвищенням концентрації ZrO2 параметр елементарної ґратки лінійно зменшується через формування дефектів заміщення, а в області високих концентрацій ZrO2 (≥13 мол. %) спостерігаються локальні відхилення від правила Вегарда. Показано, що кераміка оксиду ітрію, допована 15 мол.% ZrO2, характеризується найвищими значеннями мікротвердості та лінійного оптичного пропускання серед досліджуваних зразків: 10,3 ГПа і 80,4% на довжині хвилі 1319 нм, відповідно.
В п’ятому розділі досліджено особливості формування водних суспензій на основі нанорозмірного порошку Y2O3 для компактування кераміки методами шлікерного лиття та 3D друку. Встановлено, що оптимальним дисперсантом для забезпечення седиментаційної стійкості суспензій є Dolapix CE64 з концентрацією 1,5 мас.%. Шлікери оптимізованого складу (1,5 мас.% Dolapix CE64 та 30 мас.% твердої речовини) є седиментаційно стійкими, проявляють властивості, подібні до ньютонівської рідини, та характеризуються низькою в’язкістю. Кераміка Y2O3, отриманих зі шлікерів зазначеного складу, характеризується лінійним оптичним пропусканням 63% (λ=2000 нм). Встановлено оптимальний склад пасти, придатної до друку, який складає 78 мас.% твердої речовини, 1,5 мас.% Dolapix CE64, 8 мас.% Pluronic F127 і 5 мас.% етиленгліколю, відповідно. Дана паста проявляє псевдопластичні властивості, високу в’язкість і G`>G``. Коефіцієнт лінійного оптичного пропускання кераміки Y2O3, отриманої методом 3D друку з подальшим вакуумним спіканням за температури 1720°C, становить ~43% при 3-5 мкм.
Registration Date
2025-06-24
popup.nrat_date
2025-06-24 / 2026-07-01
