Реєстраційний номер
0825U002477, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
08-08-2025
Статус
Захищена
Назва роботи
Процеси формування мікроструктури, фазового складу та оптичних властивостей ІЧ-прозорої кераміки Y2O3
Здобувач
Черноморець Дарія Григорівна,
Керівник Явецький Роман Павлович
Опонент Саввова Оксана Вікторівна
Опонент Герасимов Ярослав Віталійович
Рецензент Добротворська Марія Вікторівна
Рецензент Долженкова Олена Федорівна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут монокристалів Національної академіі наук України
Опис
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.
Дата реєстрації
2025-06-24
Додано/оновлено в НРАТ
2025-06-24 / 2026-07-01
