Введение
1 Керамические материалы на основе наноразмернго диоксида циркония, стабилизированого оксидами иттрия, церия и алюминия. перспективы и возможные риски 11
1.1 Физико-химические характеристики диоксида циркония 12
1.1.1 Классы циркониевых керамик и сферы практического применения 13
1.1.2. Свойства керамической системы 2г02-У20з-СеОг-АІ20з 16
1.2 Физико-химические факторы, определяющие опасность нанопорошков 20
1.3 Физико-химические характеристики наноматериалов, необходимые для проведения токсикологической оценки 24
1.3.1 Распределение частиц по размерам 25
1.3.2 Почему размер определяет токсичность 25
1.3.3 Агломерация частиц 26
1.3.4 Агломерация и токсичность 28
1.3.5 Типы агломерационного поведения частиц в дисперсии 29
1.3.6 Деагломерация частиц в дисперсии 31
1.3.7 Стабильность дисперсий
3.7.1. Стерическая стабилизация дисперсий 34
1.3.7.2. Электростатическая стабилизация дисперсий 36
1.3.7.3. Двойной электрический слой и -потенциал 37
1.3.7.4. Влияние уровня рН на стабильность 38
1.3.7.5. Стабилизация дисперсий при помощи электролита 39
2 Постановка задачи, исходные материалы и методики экспериментальных исследований 41
2.1 Постановка задачи 41
2.2 Методики эксперимента и исследований
2.2.1 Используемые материалы 42
2.2.2 Методика получения порошков 43
2.2.3 Методика размола порошка 44
2.2.4 Методика дифференциально-термического анализа 44
2.2.5 Спектроскопия комбинационного рассеяния света 45
2.2.6 Определение состава порошков методом рентгенофазного анализа 46
2.2.7 Измерение размеров частиц з
2.2.8 Методика изготовления образцов 47
2.2.9 Подготовка образцов для металлографических исследований
2.2.10 Методика определения кажущейся плотности 48
2.2.11 Определение твердости и трещиностойкости 48
2.2.12 Микроструктурный анализ 49
2.2.13 Испытание химической стойкости 50
2.2.14 Испытание на ускоренное старение 51
2.2.15 Измерение гидродинамического размера и -потенциала 51
2.2.16 Потенциометрическое титрование 52
2.2.17 Стабильность дисперсий наночастиц 53
2.2.18 Исследование растворимости порошков 53
2.2.19 Статистическая обработка результатов 54
2.2.20 Использование электронно-вычислительной техники 54
3 Получение и исследование образцов из диоксида циркония, стабилизированного добавками оксидов иттрия, церия с различным количеством оксида алюминия 55
3.1 Исследование порошков системы 2г02-2УгОз-4Се02
с различным содержанием АЬОз методом
дифференциально-термического анализа 55
3.2 Изучение влияния температуры термической обработки на характеристики синтезированных нанокристаллическихпорошков системы Zr02-2УгОз-4Се02-АІ20з 58
3.2.1 Исследование влияния термической обработки на характеристики порошков методом спектроскопии комбинационного рассеяния света 58
3.2.2 Исследование влияния термической обработки на характеристики порошков методом сканирующей электронной микроскопии 61
3.2.3 Исследование влияния термической обработки на характеристики порошков методом рентгенофазного анализа 62
3.3 Исследование влияния ультразвуковой обработки на распределение по размерам и степень агломерации синтезированных нанопорошков 64
3.3.1 Анализ размеров частиц порошка системы 2г02-2УгОз-4Се02 методом лазерной дифракции до и после обработки в ультразвуковой ванне 64
3.3.2 Анализ размеров частиц порошка системы 2г02-2У20з-4СеОг+Змас.%АІ20з до и после обработки в ультразвуковой ванне методом лазерной дифракции 66
3.3.3 Исследование влияния выдержки в среде этилового спирта и ультразвуковой обработки на распределение по размерам и степень агломерации нанопорошков методом дифференциальной высокоскоростной седиментации 68
3.4 Стабилизация дисперсий нанопорошков систем 2г02-2УгОз-4Се02 и Zr02-2 УгОз-4Се02+3 мас.% АЬОз 71
3.4.1 Влияние рН и точки нулевого заряда на стабильность дисперсий 72
3.4.2 Стабильность дисперсий в зависимости от концентрации порошка в присутствии пространственного стабилизатора 75
3.4.3 Исследование стабилизации дисперсий с использованием белков 77
3.4.4 Электростатическая стабилизация дисперсий при помощи электролита 78
3.4.5 Исследование влияния концентрации порошка на степень стабильности дисперсии в присутствии электролита 82
3.5. Исследование стабильности дисперсий порошков систем 2г02-2УгОз-4Се02 и 2г02-2У20з-4Се02+Змас.%АІ20з при помощи динамического рассеяния света 83
3.5.1 Исследования гидродинамического размера частиц в дисперсии при натуральном рН 83
3.5.2 Влияние выдержки в среде
этилового спирта и ультразвуковой обработки на гидродинамический размер частиц 85
3.5.3 Влияние добавки электролита на гидродинамический размер частиц 88
3.5.4 Сравнительный анализ экспериментов по изучению гидродинамического диаметра частиц 90
3.6 Исследование растворимости порошков систем 2г02-2УгОз-4Се02 и 2г02-2У20з-4Се02+Змас.%АІ20зв водной среде при различном рН дисперсионной среды 92
4 Получение и свойства керамического материала zr02-2угоз-4се02 с различным содержанием АЬОз 98
4.1 Прессование порошков и оптимизация режимов спекания керамики 98
4.2 Изучение фазового состава и свойств керамики системы Zr02-2 УгОз-4Се02-АЬОз 103
4.2.1 Исследование влияния температуры спекания на свойства керамики методом спектроскопии комбинационного рассеяния света 103
4.2.2 Исследование влияния температуры спекания на микроструктуру керамики методом сканирующей зондовой микроскопии 105
4.2.3 Исследование влияния температуры спекания на микроструктуру керамики методом сканирующей электронной микроскопии 112
4.3 Исследование твердости и трещиностойкости керамики
системы Zr02-2 УгОз-4Се02-АЬОз 114
4.4 Исследование химической стойкости и устойчивости к низкотемпературной деградации керамики системы Zr02-2 УгОз-4Се02-АЬОз 115
4.4.1 Исследование на химическую стойкость 115
4.4.2 Исследование на устойчивость
к «старению» в водной среде 119
Выводы 122
Список литературы
