Сравнение свойств диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия разной концентрации, применительно к изготовлению хирургического инструмента
ВВЕДЕНИЕ
Современное материаловедение связано с созданием и разработкой материалов с высокими физико-механическими свойствами. В настоящее время активно изучается диоксид циркония, а керамические материалы на его основе используются как высокотемпературные покрытия и термопрочные изделия, применяемые в разных областях промышленности и медицины, это связано с распространенностью в природе сырьевых материалов. Керамические изделия обладают различными свойствами, определяемыми составом исходного сырья и способами его переработки, условиями обжига. Известно, что свойства керамики зависят от качества исходного порошка, режимов его компактирования и спекания. На прочностные свойства влияют размер зерна матрицы, наличие и размер зёрен второй фазы (кубической или моноклинной), размер дефектов и их расположение, распределение пор. Все эти факторы одновременно влияют на свойства получаемого материала [1].
Керамика на основе диоксида циркония обладает уникальными механическими и физическ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .…………………………………………………………………. 3
Глава 1 Литературный обзор …………………………………………....….. 5
1.1 Модификации диоксида циркония ………………………………….…. 5
1.2 Стабилизация диоксида циркония ……………………….…………….. 8
1.3 Факторы, влияющие на механические свойства стабилизированного диоксида циркония ………… 11
1.4 Условия возможности применения стабилизированного диоксида циркония в качестве материала для изготовления хирургических инструментов в сравнении с используемым материалом ……. 15
Глава 2 Материалы и методика эксперимента ..………………………..…. 19
2.1 Подготовка образцов для эксперимента …………………………..…... 19
2.2 Методика работы по измерению микротвёрдости …………………..... 20
2.3 Методика работы по испытанию на трёхточечный изгиб …………..... 22
2.4 Методика работы по измерению пористости ……………………….… 24
2.5 Методика работы по расчёту массы …………………………….….….. 26
Глава 3 Экспериментальная часть ....…………………………….………....27
3.1 Измерение микротвёрдости ..…………………………………….….….. 27
3.2 Испытание на трёхточечный изгиб ....…………………………………..30
3.3 Измерение пористости .............................................................................. 32
3.4 Расчёт массы .............................................................................................. 32
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ......................…………………...………..34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………........ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………..… 37
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Даниленко И.А., Фомченко В.А., Константинова Т.Е., Безусый В.Л. Нанопорошки циркония и износостойкая керамика на их основе // Конструкции из композитных материалов. — 2007. — №7. — с. 14-22.
2 Даниелян А.Т., Андреев Д.В. Синтез диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия // Успехи в химии и химической технологии. — 2019. — Том 33, №4. — с. 58.
3 Дьяконенко Е., Лебеденко И., Широкова Ю. Как правильно называть керамику на основе стабилизированного диоксида циркония. // Цифровая стоматология. — 2018. — №2(9). — с. 6-11.
4 Семенов Г. М. Современные хирургические инструменты — СПб.: Питер, —2013. —352 с.
5 Данилейко А.М., Белов М.А. Новый биполярный электрохирургический инструментарий на основе диоксида циркония. // Медицинская техника — 2017. — №2(278). — с. 20-24.
6 Hannink R. H. J., Kelly P. M., Muddle B.C. Transformation toughening inzirconia-containing ceramics // J. Amer. Ceram. Soc. – 2000.– №3(83). – р.461-487
7 Оковитый В. В. Выбор оксидов для стабилизации диоксида циркония при получении теплозащитных покрытий // Наука и техника. — 2015. — №5. — с. 26-32.
8 Канаки А.В., Структура и свойства порошков ZrO2-MgO, синтезированных в плазме высокочастотного разряда, и керамик на их основе: дис. канд. физ.-мат. наук. — Томск, 2015. — 147 с.
9 Заводинский В. Г. Исследование механизма фазовой стабильностидиоксида циркония, легированного магнием и кальцием // Перспективныематериалы. – 2005. – №2. – с. 5-9.
10 Балкевич В.Л. Техническая керамика — М.: Стройиздат., 1984. — 198 с.
11 Pia G., Casnedi L., Sanna U. Porosity and pore size distribution influence on thermal conductivity of yttria-stabilized zirconia: Experimental findings and model predictions // Ceramics International – 2016. V 42. – P. 5802–5809.
12 Zhang Y., Lawn B.R. Novel Zirconia Materials in Dentistry // Journal of Dental Research. — 2017. — 97(2). — р.1-8.
13 Акимов Г.Я., Тимченко В.М. Лабинская Н.Г. Влияние способа стабили
Обратимые фазовые превращения, сопровождаемые сжатием или расширением при отжиге и охлаждении, являются проблемой при производстве изделий из диоксида циркония. Полиморфные превращения можно использовать для повышения термостойкости керамики путем трансформационного упрочнения, включающим мартенситный переход из метастабильной тетрагональной фазы в стабильную моноклинную под действием приложенных напряжений. Недостатком такого упрочнения керамики является снижение высокой прочности из-за мартенситного тетрагонально-моноклинного превращения [11]. Во избежание изменения объёма, связанного с фазовыми превращениями, и предотвращения перехода из высокотемпературной тетрагональной в моноклинную фазу ZrO2 стабилизируют. Это устраняет возможность образования трещин обожжённых изделий. Фазовым составом можно управлять благодаря введению оксидов металлов MgO2, Al2O3, CaO2, Y2O3, которые образуют с диоксидом циркония твёрдые растворы внедрения и замещения. У этих оксидов должен быть ионный радиус катионов близок к ионному радиусу иона Zr, который составляет 0,087 нм, ионные радиусы Са2+ — 0,106 нм, Al3+ — 0,143 нм, Y3+ — 0,097 нм. Ещё одним условием образования твёрдого раствора является близость типов кристаллической решётки диоксида циркония и оксида добавки. К тому же, из всех используемых легирующих примесей оксид иттрия является наиболее эффективным для сочетания высоких прочности