Айнаш Турлыбековна Жумажанова – PhD
Астана
Astana
Астана
Astana
В работе проведено комплексное исследование влияния типа кобальтосодержащей компоненты и стабилизирующих оксидных добавок на фазовый состав, микроструктуру и прочностные характеристики керамик на основе титаната кобальта, полученных методом механохимического твердофазного синтеза. В качестве исходных кобальтосодержащих соединений использовались нитрат, сульфат и хлорид кобальта, смешиваемые с диоксидом титана в эквимолярных соотношениях с последующим механохимическим перемалыванием и термическим спеканием при 1000 °C. Методами рентгеновской дифракции и растровой электронной микроскопии установлено, что во всех образцах формируется двухфазная система CoTiO3 -TiO2 (рутил), при этом соотношение фаз и характер микроструктуры существенно зависят от типа исходной кобальтосодержащей компоненты. Показано, что использование хлорида кобальта способствует увеличению весового вклада фазы CoTiO3 до ~60 % и формированию более плотной и однородной микроструктуры по сравнению с керамиками, синтезированными с применением нитрата и сульфата кобальта, для которых доминирует фаза рутила. Установлено, что введение стабилизирующих оксидных добавок ZrO2 , MgO и Y2O3 приводит к подавлению роста зерен и увеличению плотности межфазных границ. Добавление оксида иттрия сопровождается формированием вторичной фазы Y2Ti2O7 и обеспечивает наиболее выраженный эффект структурного упрочнения. Максимальное значение микротвёрдости (742 ± 14 HV) достигнуто для образцов, модифицированных Y2O3 . Полученные результаты показывают, что целенаправленный выбор кобальтосодержащей компоненты и стабилизирующих оксидных добавок позволяет эффективно управлять фазовым составом, микроструктурой и прочностными свойствами CoTiO3 -керамик, синтезированных механохимическим методом.
A comprehensive study was carried out to investigate the influence of the type of cobalt-containing component and stabilizing oxide additives on the phase composition, microstructure, and mechanical properties of cobalt titanate-based ceramics synthesized by mechanochemical solid-state processing. Cobalt nitrate, cobalt sulfate, and cobalt chloride were used as cobalt-containing precursors and mixed with titanium dioxide in equimolar ratios, followed by mechanochemical milling and thermal sintering at 1000 °C. X-ray diffraction and scanning electron microscopy revealed that a two-phase CoTiO3 -TiO2 (rutile) system is formed in all samples, while the phase ratio and microstructural features strongly depend on the type of the initial cobalt-containing component. The use of cobalt chloride was shown to increase the weight fraction of the CoTiO3 phase up to ~60 wt.% and to promote the formation of a denser and more homogeneous microstructure compared with ceramics synthesized using cobalt nitrate and cobalt sulfate, in which the rutile phase dominates. It was established that the introduction of stabilizing oxide additives ZrO2 , MgO, and Y2 O3 suppresses grain growth and increases the density of interphase boundaries. The addition of yttrium oxide is accompanied by the formation of a secondary Y2 Ti2 O7 phase and provides the most pronounced structural strengthening effect. The maximum microhardness value (742 ± 14 HV) was achieved for Y2 O3 -modified samples. The obtained results demonstrate that a targeted selection of the cobalt-containing components and stabilizing oxide additives enables effective control over the phase composition, microstructure, and mechanical properties of CoTiO3 -ceramics synthesized by the mechanochemical method.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.