ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТЖИГА НА СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В КЕРАМИКЕ ZrO₂

В ходе проведенного комплексного анализа структурных параметров, исследуемых механически активированных ZrO₂-керамик был установлен оптимальный температурный диапазон термической обработки, обеспечивающий максимальную структурную однородность, высокую степень структурного упорядочения и минимальную концентрацию остаточных механических напряжений. Анализ структурных изменений в керамиках, выполненный с использованием методов рентгеновской дифракции и рамановской спектроскопии позволил установить, что увеличение температуры отжига приводит к частичной релаксации механически-индуцированных напряжений и перераспределению кислородных вакансий. При этом во всем исследуемом диапазоне температуры отжига не наблюдается инициализации процессов фазовых полиморфных трансформаций, характерных для диоксида циркония в случае интенсивных механических воздействий или наличия большого количества кислородных вакансий. Анализ полученных данных показал, что при температуре отжига 1000…1100 °С в структуре керамик доминируют комплексные дефекты, связанные с наличием деформационных остаточных напряжений и областей сильного разупорядочения, возникших при механическом ударном воздействии. При повышении температуры отжига до 1200…1300 °С наблюдается равновероятное распределение дефектов в структуре, в то время как при температурах выше 1400 °С наблюдается доминирование F+центров и VO – вакансий, увеличение концентрации которых связано с повышением структурного упорядочения за счет частичной релаксации дефектов и образования кислородных вакансий.

1. Qi, B., Liang, S., Li, Y., Zhou, C., Yu, H., & Li, J. (2022). ZrO2 matrix toughened ceramic material‐strength and toughness. Advanced Engineering Materials, 24(6), 2101278.

2. Xing, H., Zou, B., Li, S., & Fu, X. (2017). Study on surface quality, precision and mechanical properties of 3D printed ZrO2 ceramic components by laser scanning stereolithography. Ceramics International, 43(18), 16340-16347.

3. Gautam, C., Joyner, J., Gautam, A., Rao, J., & Vajtai, R. (2016). Zirconia based dental ceramics: structure, mechanical properties, biocompatibility and applications. Dalton transactions, 45(48), 19194-19215.

4. Hussien, Z. Y., Moften, A. Q., & Abdulrehman, M. A. (2025). Review of zirconia (ZrO₂) biomedical applications: Advanced manufacturing techniques and materials properties. Revue des Composites et des Materiaux Avances, 35(2), 345.

5. Zhang, X., Li, W., Hong, C., Han, W., & Han, J. (2008). A novel development of ZrB2/ZrO2 functionally graded ceramics for ultrahigh-temperature application. Scripta Materialia, 59(11), 1214-1217.

6. He, Q., Wang, L., Chang, L., Chen, J., & Zeng, Y. (2025). Superhydrophobic surface modification of 3D-printed ZrO2 ceramics: Structural design and wear resistance investigation. Ceramics International, 51(21), 33966-33976.

7. Chauhan, V., Gupta, D., Upadhyay, S., Ram, J., Kumar, S., & Kumar, R. (2021). Advancement of High-k ZrO2 for Potential Applications: A Review. Indian Journal of Pure & Applied Physics, 593(12), 811.

8. Jin, L., Zhou, G., Shimai, S., Zhang, J., & Wang, S. (2010). ZrO2-doped Y2O3 transparent ceramics via slip casting and vacuum sintering. Journal of the European Ceramic Society, 30(10), 2139-2143.

9. Vollath, D., Fischer, F. D., Hagelstein, M., & Szabó, D. V. (2006). Phases and phase transformations in nanocrystalline ZrO2. Journal of nanoparticle research, 8(6), 10031016.

10. Fu, L., Li, B., Xu, G., Huang, J., Engqvist, H., & Xia, W. (2021). Size-driven phase transformation and microstructure evolution of ZrO2 nanocrystallites associated with thermal treatments. Journal of the European Ceramic Society, 41(11), 5624-5633.

11. Fu, L., Li, L., Cheng, Y., Wang, B., & Wu, H. (2023). Influences of powder morphology on the densification and microstructure of a ZrO2‐based nanocrystalline glass–ceramic. Journal of the American Ceramic Society, 106(1), 722-737.

12. Bocanegra-Bernal, M. H., & De La Torre, S. D. (2002). Phase transitions in zirconium dioxide and related materials for high performance engineering ceramics. Journal of materials science, 37(23), 4947-4971.

13. Rittidech, A., Somrit, R., & Tunkasiri, T. (2013). Effect of adding Y2O3 on structural and mechanical properties of Al2O3–ZrO2 ceramics. Ceramics international, 39, S433S436.

14. Hussain, I., Barimah, E. K., Iqbal, Y., Jose, G., Zeb, A., & Muhammad, R. (2021). Mechanical and optical properties of ZrO2 doped silicate glass ceramics. Silicon, 13(3), 877-883.

15. Guo, H., Guo, J., Baker, A., & Randall, C. A. (2017). Cold sintering process for ZrO2‐based ceramics: significantly enhanced densification evolution in yttria‐doped ZrO2. Journal of the American Ceramic Society, 100(2), 491-495.

16. Lee, S. G., & Kang, D. S. (2003). Dielectric properties of ZrO2-doped (Ba, Sr, Ca) TiO3 ceramics for tunable microwave device applications. Materials Letters, 57(9-10), 1629-1634.

17. Aktas, B., Tekeli, S., & Salman, S. (2016). Improvements in microstructural and mechanical properties of ZrO2 ceramics after addition of BaO. Ceramics International, 42(3), 3849-3854.

18. Zhang, K., He, R., Ding, G., Feng, C., Song, W., & Fang, D. (2020). Digital light processing of 3Y-TZP strengthened ZrO2 ceramics. Materials Science and Engineering: A, 774, 138768.

19. Zhu, X., Hou, G., Ma, J., Zhang, X., An, Y., Zhou, H., & Li, W. (2024). Effect of Y2O3 doping content on phase composition, mechanical properties and cavitation erosion performance of ZrO2 ceramics. Ceramics International, 50(9), 14718-14730.

20. Vojtko, M., Puchy, V., Múdra, E., Milkovič, O., & Kovalčíková, A. (2020). Coarse-grain CeO2 doped ZrO2 ceramic prepared by spark plasma sintering. Journal of the European Ceramic Society, 40(14), 4844-4852.