Исследование структурных изменений в оксидной керамике методом поляризационной микроскопии

Механические и термические свойства термостойких керамических материалов на основе тугоплавких оксидов в значительной степени зависят от бездефектности их кристаллической структуры, наличия в ней посторонних фаз, размера и ориентированности зерен. В работе представлены результаты исследования структуры керамических волокон муллито-корундового состава в процессе высокотемпературного нагрева с помощью оптической поляризационной микроскопии. Исследовали структурные особенности непрерывного волокна системы Al₂O₃ – SiO₂, термообработанного в свободном состоянии и под натяжением, а также структуру коротких волокон аналогичного состава, полученных путем форсуночного распыления раствора с последующей термообработкой массы волокна при различных температурах. Установлено, что структура непрерывного волокна после термообработки в свободном состоянии имеет разнонаправленную ориентацию зерен. Вместе с тем термообработка при тех же температурах под натяжением приводит к образованию ориентированной одноосной структуры. В результате волокна, полученные из одного раствора и термообработанные при одинаковых температурах, характеризуются различной прочностью. Причем прочность волокна с ориентированной одноосной структурой в полтора раза выше, чем у волокна с разнонаправленной ориентацией зерен, что существенно облегчает его дальнейшую обработку. Кроме того, выявлено, что для коротких волокон, полученных с помощью форсуночного распыления, характерны такие дефекты структуры, как неполная кристаллизация, собирательная рекристаллизация, неоднородные включения второй фазы. Отмечено, что подобные дефекты негативно влияют на тепловые свойства теплоизоляции из такого волокна. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании методики анализа микроструктуры волокон на основе оксида алюминия с применением метода оптической поляризационной микроскопии.

1. Каблов Е. Н. Материалы нового поколения и цифровые технологии их переработки / Вестник РАН. 2020. Т. 90. № 4. С. 331 – 334. DOI: 10.31857/S08695873200440052

2. Дедкова А. А., Махиборода М. А. Применение оптической микроскопии для качественного и количественного анализа поверхности твердых тел / Наноструктуры. Математическая физика и моделирование. 2020. Т. 20. № 20(2). С. 41 – 64. DOI: 10.31145/2224-8412-2020-20-2-41-64

3. Тимченко Е. В. Цифровая оптическая микроскопия: учеб. пособие. — Самара: СГАУ, 2015. — 104 с.

4. Бабашов В. Г., Варрик Н. М., Максимов В. Г., Самородова О. Н. Изучение структуры и свойств образцов керамического композиционного материала на основе муллита / Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1(58). С. 54 – 63. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-54-63

5. Каблов Е. Н., Бабашов В. Г., Балинова Ю. А., Максимов В. Г. Фазовые превращения в композиционном материале с органической матрицей, наполненной волокнами диоксида циркония / Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59. № 1. С. 62 – 68.

6. Бучилин Н. В., Люлюкина Г. Ю., Варрик Н. М. Влияние режима обжига на структуру и свойства высокопористых керамических материалов на основе муллита / Труды ВИАМ. 2017. № 5(53). Ст. 4. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-5-4-4

7. Лебедева Ю. Е., Щеголева Н. Е., Воронов В. А., Солнцев С. С. Керамические материалы на основе оксидов алюминия и циркония, полученные золь-гель методом / Труды ВИАМ. 2021. № 4. Ст. 05. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-4-61-73

8. Бабашов В. Г., Максимов В. Г., Бутаков В. В., Колышев С. Г. Исследование неравномерности прочностных свойств высокотемпературных ККМ / Труды ВИАМ. 2021. № 6. Ст. 12. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-6-123-134

9. Gao Y., Liu W., Song X., Liu Q., Yao S., Wang J., Cai Q. Preparation, characterization and mechanical properties of continuous mullite fibers derived from the diphasic sol-gel route / Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2019. Vol. 92. P. 75 – 83. DOI: 10.1007/s10971-019-05078-0

10. Bunsell A. R., Berger M. H. Fine Diameter Ceramic Fibers / Journal of the European Ceramic Society. 2000. Vol. 20. N 13. P. 2249 – 2260. DOI: 10.1016/S0955-2219(00)00090-X

11. Зимичев А. М., Балинова Ю. А., Варрик Н. М. К вопросу о модуле упругости волокон из тугоплавких оксидов / Труды ВИАМ. 2014. № 10. Ст. 06. DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-10-6-6

12. Лежнев Э. И., Попова И. И., Кузьмин С. В., Слащев С. М. Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия: принципы, устройство, применение. Ч. 1 / Научное приборостроение. 2001. Т. 11. № 2. С. 3 – 20.

13. Виноградова Г. Н., Захаров В. В. Основы микроскопии. Ч. 2. — СПб.: ИТМО, 2020. — 248 с.

14. Ищенко Е. Ф., Соколов А. Л. Поляризационная оптика. Учеб. пособие. — М.: Физматлит, 2012. — 456 с.

15. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет / Пер. с англ. — М.: Мир, 1981. — 583 с.

16. Шаскольская М. П. Кристаллография: учеб. пособие для втузов. — М.: Высшая школа, 1984. — 376 с.

17. Шиллабер Ч. П. Микрофотография / Пер. с англ. — М.: Иностранная литература, 1951. — 588 с.