РОЛЬ РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ И ФАЗОВЫХ ПОЛИМОРФНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В КОМПОЗИТНЫХ КЕРАМИКАХ НА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ К ВНЕШНИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

В работе рассмотрена роль изменений морфологии зерен, связанных с процессами фазовых полиморфных превращений в ZrO₂ при варьировании концентрации стабилизирующего допанта Y₂O₃ на изменение теплофизических параметров, а также устойчивости к внешним воздействиям, вызванным резкими изменениями температур, механических нагрузок, длительным термическим нагревом. Оценка фазовых трансформаций, вызванных изменением концентрации стабилизирующего допанта Y₂O₃ показала, что при малых концентрациях доминирующую роль в фазовых изменениях играют процессы превращений типа m – ZrO₂ → t – Zr(Y)O₂, в то время как при концентрациях допанта выше 0,10 М доминируют процессы с образованием фазы пирохлора Y₂Zr₂O₇, процессы фазообразования которой приводят к укрупнению зерен при спекании. Согласно оценке теплоизоляционных характеристик установлено, что доминирование в составе композитных керамик фазы пирохлора Y₂Zr₂O₇ приводит к снижению теплопроводности керамик, а также увеличению эффективности теплоизоляции, как в случае низких температур, так и при длительном воздействии высокотемпературного нагрева. Оценка устойчивости керамик к процессам термошоковых воздействий, связанных с резким изменением температуры нагрева – охлаждения, показала, что композитные керамики с доминирующей в составе фазой пирохлора обладают большей устойчивостью к температурным перепадам, за счет сохранения стабильности к внешним воздействиям и низкой теплопроводности.  

1. Basu B., Vleugels J., Van Der Biest O. ZrO2–Al2O3 composites with tailored toughness //Journal of alloys and compounds. – 2004. – Vol 372, №. 1-2. – P. 278-284.

2. Zygmuntowicz J. et al. Al2O3/ZrO2 materials as an environmentally friendly solution for linear infrastructure applications //Materials. – 2021. – Vol. 14, №. 9. – P. 2375.

3. Shvydyuk K. O. et al. Holistic Characterization of MgO-Al2O3, MgO-CaZrO3, and Y2O3-ZrO2 Ceramic Composites for Aerospace Propulsion Systems //Ceramics. – 2024. – Vol. 7, №. 1. – P. 364-384.

4. Zhou J. et al. The phase-stabilized behavior of Sc2O3–Y2O3 co-doped ZrO2 nanopowders by co-precipitation synthesis //Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, №. 13. – P. 24823-24834.

5. Tripathi H., Sharma N., Sharma J. D. Synergistic effects of ZrO2 and La2O3 on the phase stability and optical–electronic properties of Y2O3 //International Journal of Applied Ceramic Technology. – 2025. – Vol. 22, №. 3. – P. e14909.

6. Liu B. et al. Drying kinetics and energy efficiency of Y2O3–CeO2 co-doped ZrO2 powder under microwave heating //Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, №. 21. – P. 43192-43205.

7. Salehi S. et al. Syngas production from dry reforming of glycerol by the NiO/M-Al2O3 catalysts: effect of various support promoters and various ZrO2 content //Journal of CO2 Utilization. – 2024. – Vol. 81. – P. 102737.

8. Zhao K. et al. Mechanical properties, thermal shock resistance and stress evolution of plasma-sprayed 56 wt% Y2O3-stabilized ZrO2 thick thermal barrier coatings //Surface and Coatings Technology. – 2024. – Vol. 494. – P. 131352.

9. Chen Z. et al. The effect of fibers addition on the microstructure and mechanical properties of ZrO2 fibers toughened Al2O3/ZrO2 (Y2O3) solidified ceramics //Materials Today Communications. – 2024. – Vol. 40. – P. 109817.

10. Kenzhina I. E. et al. Effects of the Zirconia-Alumina Composite Ceramics with Varying Compositions on Resistance to Helium Swelling //ES Materials & Manufacturing. – 2025. – Vol. 28. – P. 1463.

11. Khan A. R. et al. Study of microstructure, thermodynamic and powder properties of nano Y2O3, TiO2, ZrO2 dispersed W–Ni–Nb–Mo–Zr alloys //Materials Chemistry and Physics. – 2024. – Vol. 311. – P. 128567.

12. Ameta P. et al. Adsorption prospects of ultrafine, cubic 8 mol.% Y2O3‐stabilized ZrO2 nanoparticles //Journal of the American Ceramic Society. – 2024. – Vol. 107, №. 1. – P. 417-429.

13. Kenzhina I. E. et al. Study of Phase Transformations in ZrO2 Ceramics Stabilized by Y2O3 and Their Role in Changing Strength Characteristics and Heat Resistance //Sustainability. – 2025. – Vol. 17, №. 10. – P. 4284.

14. Meena K. L., Mozammil S., Koshta E. Effect on Mechanical and Physical Properties of Microwave‐Sintered Alumina Nanocomposite on Addition of ZrO 2 and MgO //Evolutionary Manufacturing, Design and Operational Practices for Resource and Environmental Sustainability. – 2024. – P. 113-123.

15. Kenzhina I. E. et al. Influence of the Change of Phase Composition of (1− x) ZrO2–xAl2O3 Ceramics on the Resistance to Hydrogen Embrittlement //Materials. – 2023. – Vol 16, №. 22. – P. 7072.

16. Liu Y. et al. Irradiation response of Al2O3-ZrO2 ceramic composite under He ion irradiation //Journal of the European Ceramic Society. – 2021. – Vol. 41, №. 4. – P. 2883-2891.

17. Franco D. et al. Wear behavior at high temperature of ZrO2–Y2O3 (YSZ) plasma-sprayed coatings //Journal of Materials Science. – 2024. – Vol. 59, №. 1. – P. 20-37.

18. Zhu X. et al. Effect of Y2O3 doping content on phase composition, mechanical properties and cavitation erosion performance of ZrO2 ceramics //Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, №. 9. – P. 14718-14730.

19. Zhao Z. et al. Effect of Y2O3 on crystallization and mechanical properties of sodium aluminum silicate glass containing ZrO2 //Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, №. 17. – P. 29613-29619.

20. Gopinath N. K. et al. High emittance plasma sprayed ZrO2-Y2O3/La2Zr2O7 thermal barrier coatings for potential application in scramjets //Applied Surface Science. – 2024. – Vol . 652. – P. 159324.