Структура, свойства и технология синтеза нанокомпозиционных циркониевых керамик с улучшенными трибологическими характеристиками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.08, кандидат наук Пирожкова Татьяна Сергеевна

• Пирожкова Татьяна Сергеевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Пирожкова Татьяна Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСВЯЩЕННОЙ СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАМ ЦИРКОНИЕВЫХ КЕРАМИК И ПРОЦЕССАМ, ПРОИСХОДЯЩИМ ПРИ СУХОМ ТРЕНИИ

1.1. Керамические материалы

1.1.1. Типы керамик и их применение

1.1.2. Инженерные керамики и их свойства

1.2. Способы получения и свойства инженерных керамик на основе диоксида циркония

1.2.1. Механохимический синтез

1.2.2. Особенности формования и спекания

1.2.4. Специфика электроформования

1.3. Структура и свойсва нанокерамических композитов

1.4. Трение и износ в различной масштабной шкале

1.5. Факторы, влияющие на трение и износ

1.5.1. Закономерности влияния внутренних размерных факторов (химический состав, фаза, углеродные нанотрубки, структурные размерные эффекты) трибологические характеристики

1.5.2. Закономерности влияния внешних размерных факторов (нормальной нагрузки в единичном наноконтакте) и внешних размерных эффектов (параметров шероховатости поверхности, формы вершины индентора, характерных размеров локально сдеформированной области материала под ним)

1.6. Механизмы трения и износа в керамиках

1.7. Выводы по первой главе и постановка цели работы

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объект исследования

2.2. Методика исследования трибологических свойств

ГЛАВА 3. СИНТЕЗ ИНЖЕНЕРНОЙ КЕРАМИКИ ИЗ ПРИРОДНОГО МИНЕРАЛА БАДЕЛЕИТА

3.1. Технологии синтеза наноструктурированной керамики на основе ZrÜ2

3.2. Синтез бисера из наноструктурированного ZrO2 методом сферификации

3.3. Использование искрового плазменного спекания (SPS) в технология армирования керамик углеродными нанотрубками

3.4. Разработка технологии синтеза электроформованных композитных филаментов

3.5. Краткие выводы по результатам Главы

ГЛАВА 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА ЦИРКОНИЕВЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ НА УРОВНЕ ЕДИНИЧНЫХ НАНО- И СУБМИКРО-КОНТАКТОВ

4.1. Изучение закономерностей трения и износа на нано- и субмикроуровне

4.2. Исследование влияния фазового состава на доминирующие микромеханизмы пластической деформации и их смену в условиях сухого трения

4.3. Краткие выводы по результатам Главы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ Акт использования результатов диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Современная техника предъявляет высокие требования к механическим и трибологическим свойствам) материалов, которые необходимы для длительной безотказной работы ответственных деталей, устройств и оборудования. В связи с этим особый интерес представляют новые нанокомпозитные керамики, позволяющие добиться повышение характеристик материала за счет его наноструктурирования и добавления наноразмерных добавок. Инженерные керамики на основе стабилизированного диоксида циркония образуют важный класс материалов с уникальным комплексом свойств и широким спектром приложения - от подшипников скольжения и запорной арматуры до зубных имплантатов, от высокопроизводительных режущих инструментов до искусственных тазобедренных суставов. В этих и многих других инженерных приложениях прочностные и трибологические характеристики керамики имеют первостепенное значение. Макроскопическое трение и износ определяются закономерностями их поведения в трибо-нано-контактах, что показано в классических работах Д. Тэйбора, И. Крагельского, Я. Исраэлишвили, Б. Дерягина, Б. Бушана и др. В свою очередь, механические и трибологические свойства материалов в наноконтактах зависят от химического и фазового состава, микроструктурных особенностей (размера зерен, структуры межзеренных и межфазных границ, пористости и др.), размерных характеристик и условий нагружения. Особенности трибопроцессов, происходящих на уровне единичных наноконтактов, важны и в научном, и в практическом плане, но они слабо изучены в композитных керамиках, в частности, керамиках на основе диоксида циркония.

Привлекательной особенностью циркониевых керамик является возможность управления их свойствами благодаря полиморфизму. Варьируя соотношение фаз -моноклинной тетрагональной (^ и кубической (с), тип и химический состав

стабилизаторов и различных примесей, способы и режимы формования и спекания, можно менять физико-механические и трибологические характеристики циркониевой керамики в широких пределах. При этом, большой интерес представляет управление фазовым составом, структурой и служебными свойствами композиционных материалов на основе 2г02 за счёт наноструктуризации материала и создания различных нанокомпозитов на их основе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура, свойства и технология синтеза нанокомпозиционных циркониевых керамик с улучшенными трибологическими характеристиками»

Цель работы

Разработка способов получения наноструктурных композитных керамик нового поколения на основе ZrO2 с улучшенными трибологическими и механическими свойствами.

Задачи

1. Установить закономерности влияния химического состава и условий синтеза, методов наноструктурирования, формования и спекания на фазовый состав, зеренную структуру, состояние межфазных и межзеренных границ на механические и трибологические свойства, а также устойчивость к гидротермальной деградации следующих нанокомпозитных материалов на основе ZrO2:

- наноструктурные керамики с содержанием СаО 0-10 мол. %, используемого для стабилизации метастабильной тетрагональной фазы;

- наноструктурные керамики, легированные №205 0-5 мол. %, в качестве ингибитора процессов старения и деградации структуры;

- наноструктурные ZrO2 керамики с примесью SiO2 0-5 мол. % (имеющейся в исходном сырье - природном минерале бадделеите или вводимой для облегчения формования и спекания керамик);

- наноструктурные ZrO2 керамики, упрочненные частицами АЬОз;

- наноструктурные ZrO2 керамики, армированные углеродными нанотрубками

(УНТ);

- нанокомпозитные керамики, содержащие нановолокна ZrO2, полученные электроспинингованием.

2. Установить закономерности влияния внутренних структурных и размерных факторов: (морфологии и размеров отдельных фаз) на механические и трибологические свойства на субмикро- и наноуровне.

3. Установить закономерности влияния на величину статического и динамического коэффициента трения на нано- и субмикроуровне внешних факторов: нормальной нагрузки в единичном наноконтакте и внешних размерных эффектов (параметров шероховатости поверхности, и характерных размеров локально деформированной области материала в процессе исследования единичных наноконтактов).

4. Установить и разделить вклады различных составляющих (адгезионного, деформационного и др.) в динамическом коэффициенте трения в различных парах трения с нанокомпозитными керамиками.

Научная новизна

1. Установлены закономерности влияния химического и фазового состава, условий синтеза и спекания, внутренних структурных размерных факторов стабилизированной наноструктурной циркониевой керамики (размеров и формы зерен, отдельных фаз, пор, нановолокнистых армирующих компонентов) на динамику локального деформирования. Эти закономерности позволили выявить их оптимальную комбинацию для улучшения характеристик фрикционного поведения материала.

2. Установлено, что увеличение содержания CaO - стабилизатора тетрагональной фазы ZrO2 - от 1 % до 6,5 мол. % приводит к росту доли тетрагональной фазы и уменьшению коэффициента трения / при постоянной величине нормальной силы Еы и прочих равных условиях. Показано, что при постоянной величине Еы величина / возрастает с уменьшением прочности материала контртела в исследованном ряду пар трения - керамика на основе ZrO2 в контакте со следующими материалами: монокристаллический кремний, керамика на основе ZrO2, политетрафторэтилен, монокристаллический алюминий.

3. Армирование матрицы ZrO2 многослойными углеродными нанотрубками увеличивает прочность на 10%, снижает коэффициент трения на 5% и смещает минимум коэффициента трения в область больших нагрузок

4. Добавление №205 в количестве до 0,5-1 % приводит к ингибированию гидротермальной деградации.

5. Предложены и верифицированы микромеханизмы сухого трения и износа циркониевых нанокомпозитных керамик на нано- и субмикроуровне в различных парах трения, позволяющие предсказать структурные изменения и износостойкость. Показано, что при малых нагрузках в единичных наноконтактах доминирующим является адгезионный механизм трения. При увеличении ^ доля адгезионной составляющей падает, а деформационной - растет. Определены критические значения ^ для перехода от одной моды трения к другой в зависимости от доли стабилизатора и микрошероховатости поверхности.

Практическая значимость

1. Разработаны составы и способы получения циркониевых нанокомпозитных керамик из природного отечественного сырья - бадделеита, который в 7-10 раз дешевле искусственно синтезированного диоксида циркония

2. Тонкий помол до размеров кристаллитов 1;-фазы 3 нм, с-фазы 6 нм и т-фазы 8 нм, а также добавление БЮ2 в количестве до 1 мол. % позволили снизить температуру

спекания до 1200 ОС против традиционных 1450 - 1500 ОС, уменьшить рекристаллизационный рост зерен в керамике и продолжительность спекания на 20-30 %.

3. Определены режимы плазменно-искрового спекания, обеспечивающего баланс между повышением плотности до 0,9 от теоретической и сохранением размеров зерна при спекании 80± 20 нм в 1;-фазе и 110 ± 25 нм в т-фазе.

4. Разработан и запатентован способ изготовления керамического бисера диаметром около 1 мм из природного ZrO2, стабилизированного СаО в тетрагональной форме.

5. Установлены закономерности влияния параметров микроструктуры керамик с разными стабилизирующими и армирующими добавками, а также внутренних и внешних размерных факторов на параметры сухого трения и износа на нано- и субмикроуровне, что позволяют предсказывать скорость износа, а также вырабатывать рекомендации по оптимальной величине микрошероховатостей с целью увеличения несущей способности и срока службы трущихся пар.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Установленные закономерности влияния химического и фазового состава, морфологии и размера отдельных фаз нанокомпозитной керамики на основе 2г02 на трибологические свойства, показавшие снижение локальной деформации и коэффициента трения с уменьшением доли т-фазы и увеличением доли метастабильной (1) фазы.

2. Установленные закономерности влияния УНТ и нановолокон из 2г02 на структуру и свойства нанокомпозитов.

3. Разработанные составы и технологические основы получения нанокомпозитных циркониевых керамик с пониженным коэффицентом трения и повышенной стойкостью к износу и деградации.

4. Выявленные закономерности влияния шероховатости и размера зоны локального деформирования (в диапазоне от 50 нм до 250 мкм) на динамический коэффициент трения в парах керамика-керамика.

5. Установленные закономерности и критические условия для смены микромеханизмов сухого трения и износа при увеличении нормальной нагрузки и характерного размера наноконтакта от преимущественно адгезионного к деформационному механизму.

Достоверность

Достоверность изложенных результатов обеспечивается применением современных методов и методик исследования: рентгеноструктурный анализ,

сканирующая электронная микроскопия, зондовая микроскопия, оптическая микроскопия, микрораманаская спектроскопия, методики трибоиспытаний в нано- и микрошкале и др.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были представлены на всероссийских и международных конференциях:

1. IV Международная научно-практическая конференция «Наноматериалы и живые системы», Москва, 2-3 июня 2016 г.

2. Труды международного междисциплинарного симпозиума «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы», г. Нальчик, Ростов-на-Дону, Грозный, 16 - 21 сентября 2017 г.

3. Вторая Всероссийская Молодежная Школа: Структура и свойства перспективных материалов. Фазовые превращения и прочность кристаллов памяти академика Г.В. Курдюмова, ФППК-2016, г. Черноголовка, 7-11 ноября 2016 г

4. Международная научно-техническая конференция, посвящённая 100-летию со дня рождения проф. Р.М. Матвеевского «Трибология - Машиностроению». ИМАШ РАН им. А.А. Благонравова. 2016.

Публикации

По материалам работы опубликовано 10 печатных работ (из них 7 в журналах из перечня ВАК, в изданиях Web of Science, Scopus - 7).

Объем работы

Диссертация включает введение, четыре главы, основные выводы и результаты, список литературы (163 наименования). Работа изложена на 154 страницах основного текста, содержит 98 рисунков, 19 таблиц и 1 приложение.

Личный вклад автора в работу

Автор участвовал в постановке цели и задач исследования, проведении анализа научной литературы. Самостоятельно проводил синтез и отработку режимов спекания керамик, эксперименты по исследованию свойств и обработке полученных результатов. Принимал активное участие в обсуждении полученных результатов и написании научных статей.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке гранта: Государственное задание Министерства образования и науки РФ № 16.2100.2017/4.6.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСВЯЩЕННОЙ СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАМ ЦИРКОНИЕВЫХ КЕРАМИК И ПРОЦЕССАМ, ПРОИСХОДЯЩИМ ПРИ СУХОМ ТРЕНИИ

В первой главе дан аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы по теме исследования. Рассмотрены состав, микро- и наноструктура циркониевых керамик и композитов на их основе, наиболее распространенные технологии их синтеза. Обобщена информация о феноменологии и механизмах сухого трения и износа в различных парах (в особенности, мелкодисперсных керамик на основе ZrO2) в зависимости от химического состава, соотношения фаз, микроструктуры, размера зерна, нагрузки, шероховатости поверхности и т.д. Обсуждаются особенности и причины возникновения внутренних и внешних размерных эффектов в свойствах керамик, в частности, при деформации, трении и износе.

1.1. Керамические материалы

В настоящее время в связи с активным развитием индустрии существенно возросли требования к свойствам материалов технического и инженерного назначения. Важное место среди них занимают керамические материалы, находящие применение в трибологических приложениях в связи с тем, что обладают высокой твердостью и износоустойчивостью, устойчивостью к агрессивным средам, высоким температурам и др.

С этой точки зрения, керамики и стекла характеризуются высокими механическими свойствами (твердость, модуль упругости, прочность на сжатие и изгиб), огнеупорностью (способности выдерживать высокие температуры), сохранением прочности при высокой температуре. Благодаря такому привлекательному сочетанию свойств, керамики рассматриваются как материалы для различных трибологических применений, где высокая твердость и износостойкость стоит на первом плане.

Используемые в медицине биокерамики находят широкое клиническое применение - оксид алюминия, оксид титана, диоксид циркония, гидроксиапатит, биоактивное стекло и стеклокерамика используются для реконструкции дефектов костной ткани. Кроме того керамические материалы применяют при изготовлении химически стойкой посуды, емкостей для изготовления и хранения химических реактивов, медицинских режущих инструментов (ножи, скальпели) и др.

1.1.1. Типы керамик и их применение

Понятие «керамика» в широком смысле объединяет большой класс неметаллических неорганических материалов на основе кристаллических соединений

металлов и неметаллов, синтезированных, отформованных и консолидированных различными методами с целью придания заданных свойств и геометрии изделий. С физико-химической точки зрения керамика - это поликристаллические материалы и изделия из них, которые получают путем формования и обжига (спекания) исходного сырья. Это могут быть компоненты как природного происхождения (силикаты, кварц, глины и др.), так и получаемые искусственно (карбиды, чистые оксиды, нитриды и др.). Керамики обычно характеризуют совокупностью различных химических связей, возникающих в структуре (ковалентной, ионной и иногда металлической), что наделяет их целым спектром эксплуатационных свойств и возможностью для применения в широком круге задач. Разные виды керамик способны обладать такими свойствами, как высокое удельное электрическое сопротивление, прочность, стойкость в окислительных средах в широком интервале температур, высокая радиационная стойкость, радиопрозрачность, высокая огнеупорность, химическая стойкость, биоинертность и др [1].

В различных типах керамик размер зерен может варьировать в широком диапазоне (от десятков нанометров до единиц микрометров). Можно выделить несколько видов керамики: микрокристаллическая, зернистая, пористая, армированная. На рисунке 1.1. представлены основные виды структур керамики: микрокристаллическая, зернистая, пористая, армированная.

а б в г

Рис. 1.1. Схематическое изображение различных видов структур керамики а -микрокристаллическая, б - зернистая, в - пористая, г -армированная

Зернистая структура является наиболее типичной для керамик. Изучение такой структуры представляет собой очень интересную научную задачу, потому что свойства такой структуры могут значительно отличаться в объеме и на границах зерен и распределения зерен в объеме материала. Зачастую микрокристаллическая керамика состоит из криссталлических фаз, окруженных аморфными прослойками.

Поры того или иного размера в структуре керамики существуют практически всегда, более того, имеется ряд задач, где необходимо применение пористой керамики. В первую очередь это делается для создания огнеупорных материалов или уменьшения

массы материала. Особо прочные керамики, как правило, армируются путем создания вытянутых зерен или фаз высокой прочности.

Особый вид современной керамики представляет собой наноструктурированная керамика, с характерными размерами структурных элементов порядка 100 нм и менее. Изучение свойств керамики в таком нанокристаллическом состоянии за последнее время набирает популярность, что отражено в более, чем 500 публикациях и нескольких крупных обзорных статях [2-5]. Большинство авторов этих публикаций сходятся во мнении, что предел текучести (т) и микротвердость (Н) нанокристаллических материалов могут быть в 2-10 раз выше, чем у соответствующих

Разнообразие керамик велико и соответственно существует различный подход к ее классификации и использованию согласно химическому составу и микроструктуре. По основным свойствам и назначению керамики разделяют на традиционную и высококачественную керамику специального назначения. Традиционная керамика, как правило, имеет в своей основе глину и кремний. Несмотря на то, что эта керамика используется давно, она до сих пор находит свое применение в машинах и оборудовании. Высококачественная керамика, которую так же называют технической или инженерной керамикой, проявляет высокие физико-механические свойства, устойчивость к коррозии, разрушению, износу и/или замечательные электрические, магнитные, оптические характеристики [6, 7].

По химическому составу, керамику принято разделять на оксидную, состоящую из чистых оксидов ^Ю2, 2г02), твердых растворов и др., и безоксидную, состоящую из карбидов, нитридов, боридов и др.

Таблица 1.1. Классификация керамик по химическому составу

Оксидная керамика БЮ2, М§О, СаО, НО, 2г02 АЬОз и др.

Карбиды Б1С, НС, ТаС, 2гС и др.

Нитриды ПК, ВК, 2гК и др.

Оксинитриды Сиалон и др.

Другая, не менее важная, классификация представлана на рис. 1.2.

тонкая

Рис. 1.2. Классификация керамики

Под инженерной (технической) керамикой подразумевают керамику, отвечающую необходимому комплексу служебных свойств и применяемую в технике и оборудовании. Такую керамику можно классифицировать как представлено на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Классификация инженерной керамики

Существует огромная потребность промышленности в новых трибологических материалах. В первую очередь эта потребность проявляется в металлообрабатывающей промышленности, подшипниках, направляющих в двигателях, подшипниках, и так далее. Большинство из этих применений в настоящее время обслуживаются закаленными сталями и твердыми металлами на основе WC с поверхностными покрытиями или без них.

Тем не менее, во многих конструкционных и трибологических применениях керамика признана имеющей большой потенциал для замены существующих материалов для ряда пар трения [8]. Материалы, представляющие интерес для этой области применения должны сочетать в себе высокую твердость, ударную вязкость, прочность, модуль упругости и износостойкость вместе с относительно низкой плотностью [8 - 11].

1.1.2. Инженерные керамики и их свойства

Инженерные (или технические) керамики включают главным образом керамику с высокими механическими свойствами, такими как прочность, устойчивость к истиранию высокий уровень эластичности, повышенной твердости, термостойкости и смазывающей способности. Такие керамики используются для широкого класса задач, как в случае их контакта со смазкой, так и без нее [12]. Кроме объемной керамики могут создаваться и

12

керамические покрытия. Их пластичная основа выдерживает высокие механические напряжения, а само покрытие добавляет твердости и устойчивости к износу поверхности. Основное преимущество использования пары трения керамика-керамика в сухом контакте состоит в том, что химические связи, образующиеся в межповерхностном контакте керамик, разрушаются легче, чем между металлами. Как правило, в случае трибологического контакта между керамикой и металлами металл прилипает к поверхности керамики, а затем происходит скольжение на созданной границе металл-металл. Керамики на основе 2г02, ЛЬОз, Б1эК4 и другие в силу возможности создания прочного износостойкого материала, находят свое применение для трибологических задач. Например, нитрид кремния может быть использован в подшипниках и металлорежущих инструментах, корунд - в режущих инструментах и тазобедренных суставах, карбид кремния - в механических уплотнениях, диоксид циркония - в штампах и тазобедренных суставах, а нитрид бора в основном используется в режущих и абразивных инструментах [1з, 14].

В связи с ионно-ковалентной связью керамики характеризуются твердостью и устойчивостью к коррозии и износу при различных температурах. Одним из важных факторов, который ограничивает масштаб ее применения, является хрупкость. Высокая плотность, высокая твердость и как следствие хрупкость связана с ограничением в деформировании кристаллической структуры керамики по сравнению с металлами или полимерами. При низких температурах, деформация не может происходить за счет дислокационного движения или ползучести. По сравнению с металлами, энергия активации дислокаций настолько велика, что образование и скольжение дислокаций не происходит. Даже повышение температуры не приводит к активации более двух или трех дислокационных систем скольжения. Это связано с тем, что кристаллические структуры керамики обладают более низкой симметрией по сравнению с металлами. Как следствие, керамики обладают низкой пластичностью и высокой твердостью, которая сохраняется в широком диапазоне температур. Говоря в терминах отношений напряжение-деформация, линейный диапазон упругости кривой напряжение-деформация заканчивается мгновенным катастрофическим разрушением, высвобождающим всю накопленную энергию упругой деформации (рис. 1.4) [9].

о 3

о *

к о,

г! ев

X

1 у Предел текучести

/ 1 Хрупкая / керамика / / / / Трансформационно- упрочненная керамика » (хрупкая)

X / .--^Ч'—Металл

/ / / X / ✓ / / / / / / // // // /■ > Трансформационно-\ упрочненная керамика (вязкая)

// -

Деформация

Рис. 1.4. Кривая напряжение-деформация для керамик и металлов, адаптировано из [9]

Хрупкость керамик обычно оценивают величиной трещиностойкости или, другими словами, вязкостью разрушения Кю. Предельная прочность на излом ас является еще одной важной механической характеристикой, которая описывает критическое растягивающее или изгибающее напряжение, необходимое для возникновения трещины. Для хрупких материалов обычно используется следующая формула, называемая формулой Гриффитса:

* = ^ (12)

Здесь У - геометрический фактор, который описывает форму и положение микроструктурной неоднородности, например, трещины или поры, и максимальный размер этой конкретной неоднородности, например, длину трещины или диаметр поры [15] Известно более 20 различных формул, характеризующих вязкость разрушения керамик, определяемую методом индентирования, например [7].

г) (1-3)

Здесь Е - модуль упругости Юнга, HV - трердость по Виккерсу

Модуль упругости является другим важным свойством в контексте оценки трибологических свойств. Модуль Юнга инженерных керамик может иметь значения в широком диапазоне Е ~ 200-600 ГПа. Эти значения для оксидных керамик, таких как AI2O3, могут быть сопоставимы с ОЦК металлами (такими, как W). Например, модуль Юнга Е > 600 ГПа может быть получен для CBN, WC и др. Необходимо отметить, что

модуль упругости стали около 200 ГПа, это почти в три раза меньше чем могут достигать некоторые керамики, что является огромным преимуществом керамики.

Еще одной важной характеристикой керамик является твердость Н. Твердость материала определяют как устойчивость материала к локальному деформированию. Традиционно ее измеряют методами индентирования, т.е. путем внедрения алмазной пирамиды известной геометрии в материал известной величиной нагрузки Р. Для определения микротвердости по Виккерсу используется соотношение

HV = 1,854 (£) (1.4)

где HV - твердость по Виккерсу, P - прикладываемая к индентору нагрузка, d - среднее значение длины диагоналей.

Для определения твердости выбирают такие нагрузки, чтобы избежать образования трещин и разрушения. Для оценки размерных эффектов исследование твердости проводят при различных нагрузках [8].

Трибологические поверхности не бывают идеально гладкими, и как правило поверхность характеризуется шероховатостью, которая проявляется на макро-, микро и нано-уровне. Значения шероховатости поверхности могут варьироваться в широких пределех от десятых долей нанометра до нескольких миллиметров. Когда две поверхности приводятся в контакт, их взаимодействие происходит через локальные точки контакта. Площадь этих контактов называют реальной площадью контакта. На самом деле эта площадь зависит от шероховатости, механических свойств материала (твердость, модуль упругости и так далее), нагрузки, типа деформации материала (хрупкое или пластическое) и др.

Как правило, шероховатость поверхности условно разделяют на 4 типа [16].: макроотклонения (с высотой порядка 1 - 50 мкм и большим шагом 1 - 5000 мм), волнистость (с высотой 0,01-500 мкм и шагом 0,8-10 мм), шероховатость (высотой 0,025 - 320 мкм и шагом 2 - 800 мкм) и субшероховатость (порядка единиц нанометров). Принципиальная характеристика поверхности приведена на рис. 1.5 [16].

Рис. 1.5. Иллюстрация фактуры поверхности, адаптировано из [16]

Для оценки шероховатости поверхности чаще всего используются стандартные параметры, базирующиеся на описании поверхности совокупностью параметров, которые находятся путем обработки профилограмм. Параметры шероховатости рассчитываются относительно средней линии (поверхности). Как правило, профиль поверхности характеризуется набором параметров, основные характеристики микрогеометрии Яа, Яг и Яшах и шаг микронеровностей определяются в соответствии с действующим в России ГОСТ 2789-73.

Свойства поверхности являются очень важными для характеристики системы взаимодействующих тел в первую очередь из-за того, что свойства материала в объеме и на поверхности различны. Шероховатость поверхности оказывает огромное влияние на многие важные физические явления, такие как механика контакта, уплотнение, адгезия и трение, механохимические реакции. Поскольку верхняя поверхность перемещается относительно нижней поверхности, происходит взаимодействие между неровностями.

Трибологические свойства поверхности и поверхностных пленок чрезвычайно чувствительны к химическим свойствам материалов пары, адсорбированным частицам, текстуре поверхности и ориентации твердой поверхности. Эти обстоятельства

подчеркивает важность использования инструментов определения локальных характеристик поверхности для понимания трибологических механизмов [17].

Контактное взаимодействие между элементарными шероховатостями соприкасающихся поверхностей движущихся тел приводит к появлению трения - явления сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкасания поверхностей по касательным к ним [18]. Трение - сложный многогранный процесс, при котором возможно объединение макро- и микропластической деформации, квазиупругое взаимодействие контактирующих поверхностей, внутреннее и внешнее трение, схватывание за временные промежутки, значительно меньше чем позволяет диффузия; поверхностные волны, механохимические реакции и другие явления.

Для двух материалов в динамическом контакте коэффициент трения / определяется как соотношение латеральной (тангенциальной силы) Гь и нормальной силы

!=¥1/¥ъ (1.5)

Основные законы трения, установленные еще в XVI - XVIII веках Леонардо да Винчи, Амонтоном и Кулоном, гласят следующее:

1. Латеральная сила пропорциональна нормальной нагрузке.

2. Латеральная сила независима от площади.

3. Латеральная сила не зависит от скорости.

Однако не всегда поведение материалов соответствует этим законам. Первый закон, в частности, справедлив для керамик и металлов, но не справедлив для полимеров, которые характеризуются высокими упруго-пластическими свойствами. Третий закон применим, когда скорость достаточно высока, чтобы инициировать скольжение, но тангенциальная сила, необходимая для инициирования скольжения, обычно больше чем это необходимо для поддержания скольжения. Поэтому обычной различают коэффициент статического трения / и коэффициент динамического трения /й. При упоминании коэффициента трения между двумя материалами, обычно имеют ввиду динамический коэффициент трения. Статическое трение, для единичного контакта под постоянной нагрузкой, показывает максимальное сопротивление в конце роста контактной площади, причиной которого является деформирование отдельных неровностей под нормальной и латеральной нагрузкой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пирожкова Татьяна Сергеевна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абраимов Н. В. Высокотемпературные материалы и покрытия для газовых турбин. М.: Машиностроение, 1993. 336 с.

2. Bocanegra-Bernal M.H., Dominguez-Rios C., Echeberria J., Reyes-Rojas A., Garcia-Reyes A., Aguilar-Elguezabal A. Spark plasma sintering of multi-, single/double- and singlewalled carbon nanotube-reinforced alumina composites: is it justifiable the effort to reinforce them? // Ceramics International. 2015. V. 42. № 1. Part B. P. 2054-2062.

3. Farber B.Y., Durant B., Bedesi N. Effect of media size and mechanical properties on milling efficiency and media consumption // Minerals Engineering. 2011. V. 24. P. 367-372.

4. Melk L., Roa Rovira J.J., Antti M.-L., Anglada M. Coefficient of friction and wear resistance of zirconia-MWCNTs composites // Ceramics International. 2015. V. 41. P. 459-468.

5. Головин Ю.И. (ред.). Керамические материалы на основе диоксида циркония. М.: Техносфера. 2018. 362 с.

6. Шевченко В. Я. Введение в техническую керамику. М.: Наука. 1993. 712 с.

7. Carter C.B. Ceramic Materials: Science and Engineering. New York: Springer. 2007.

712 p.

8. Basu B., Kalin M. Tribology of Ceramics and Composites. New Jersey: Wiley & Sons, Inc., Hoboken. 2011. 532 p.

9. Toshiro E. K, Marinescu I. D. Handbook of ceramics grinding and polishing, Oxford: Elsevier. 2015. 486 p.

10. Callister W.D. Materials Science and Engineering - An Introduction. New York: John Wiley & Sons, Inc. 2000. 524 p.

11. Van Vlack L., Physical Ceramics for Engineers. Boston: Addison-Wesely Publishing Company. 1964. 342 p.

12. Chen M., Kato K., Adachi K. Friction and Wear of Self-mated SiC and Si3N4 Sliding in Water //Wear. 2001. V. 250. No. 1-12. P. 246-255.

13. Yang M., Li C., Zhang Y., Jia D., Li R., Hou Y., Cao H. Effect of friction Coefficient on Chip Thickness Models in Ductile-regime Grinding of Zirconia Ceramics //The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. V. 102. No. 5-8. P. 2617-2632.

14. Xu S., Yao Z., Cai H., Wang H. An Experimental Investigation of Grinding Force and Energy in Laser Thermal Shock-assisted Grinding of Zirconia Ceramics// The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. V. 91. No. 9-12. P. 3299-3306.

15. Ishigaki H., Kawaguchi I., Iwasa M., Toibana Y. Friction and wear of hot pressed silicon nitride and other ceramics// Journal of tribology. 1986. V. 108. No. 4. P. 514—521

16. Bhushan B., Introduction to tribology. New York.: John Wiley & Sons. 2013. 714 p.

17. Khanna R., Basu B. Sliding Wear Properties of Self - Mated Yttria - Stabilized Tetragonal Zirconia Ceramics in Cryogenic Environment //Journal of the American Ceramic Society. 2007. V. 90. No. 8. P. 2525-2534.

18. ГОСТ 27674-88: Государственный стандарт союза ССР трение, изнашивание и смазка Термины и определения. Friction, wear and lubrication. Terms and definitions

19. Kato K. Friction and wear of passive metals and coatings //Tribocorrosion of Passive Metals and Coatings. Woodhead Publishing, 2011. P. 65-99.

20. Hannink R. H. J., Kelly P. M., Muddle B. C. Transformation Toughening in Zirconia - Containing Ceramics //Journal of the American Ceramic Society. 2000. V. 83. No. 3. P. 461487.

21. Kelly J. R., Denry I. Stabilized Zirconia as a Structural Ceramic: an Overview //Dental materials. 2008. V. 24. No. 3. P. 289-298.

22. Finnis M. W., Paxton A. T., Methfessel M., Van Schilfgaarde M. Crystal Structures of Zirconia from First Principles and Self-consistent Tight Binding //Physical review letters. 1998. V. 81. No. 23. P. 5149.

23. Stawarczyk B., Ozcan M., Hallmann L., Ender A., Mehl A., Hammerlet C. H. The Effect of Zirconia Sintering Temperature on Flexural Strength, Grain Size, and Contrast Ratio //Clinical oral investigations. 2013. V. 17. No. 1. P. 269-274.

24. Chevalier J., Gremmilard L., Virkar A.V., Clarke D.R. The Tetragonal-Monoclinic Transformation in Zirconia: Lessons Learned and Future Trends //Journal of the American Ceramic Society. 2009. V. 92. No. 9. P. 1901-1920

25. Piconi C., Maccauro G. Zirconia as a ceramic biomaterial //Biomaterials. 1999. V. 20. No. 1. P. 1-25.

26. Hannink R. H. J., Kelly P. M., Muddle B. C. Transformation Toughening in Zirconia-Containing Ceramics //Journal of the American Ceramic Society. 2000. V. 83. No. 3. P. 461-487.

27. Заводинский В.Г., Чибисов А.Н. О стабильности кубического диоксида циркония и стехиометрических наночастиц диоксида циркония //Физика твердого тела. 2006. Т. 48. №. 2. С. 343-347.

28. Chevalier J., Gremillard L., Virkar A. V., Clarke, D. R. The tetragonal - monoclinic transformation in zirconia: lessons learned and future trends //Journal of the American Ceramic Society. 2009. V. 92. No. 9. P. 1901-1920.

29. Kuznetsov P.N., Kuznetsova L.I., Zhyzhaev A.M., Kovalchuk V.I., Sannikov A.L., Boldyrev V.V.. Investigation of mechanically stimulated solid phase polymorphic transition of zirconia //Applied Catalysis A: General. 2006. V. 298. P. 254-260.

30. Zakeri M., Rahimipour M. R., Jamal Abbasi B. Synthesis of nanostructure tetragonal ZrO2 by high energy ball milling //Materials Technology. 2013. V. 28. No. 4. P. 181-186.

31. Zakeri M., Razavi M., Rahimipour M.R., Abbasi J. Effect of ball to powder ratio on the ZrO2 phase transformations during milling //Physica B: Condensed Matter. 2014. V. 444. P. 49-53.

32. Michel D., Faudot F., Gaffet E., Mazerolles L. Stabilized zirconias prepared by mechanical alloying //Journal of the American Ceramic Society. 1993. V. 76. No. 11. P. 28842888.

33. Zhigachev A.O., Umrikhin A.V., Golovin Y.I., Farber B.Y. Preparation of nanocrystalline calcia - stabilized tetragonal zirconia by high - energy milling of baddeleyite //International Journal of Applied Ceramic Technology. 2015. V. 12. P. E82-E89.

34. Kang S.J.L. Sintering. Amsterdam: Elsevier. 2005. 280 p.

35. Rahaman M.N. Ceramic processing and sintering. Dortrekht: CRC Press. 2003. 875

p.

36. Skandan G., Hahn H., Roddy M., Cannon W.R. Ultrafine-grained dense monoclinic and tetragonal zirconia // Journal of the American Ceramic Society. V. 77. No. 7. P. 1706-1710.

37. Chung T.J., Song H., Kim G.H., Kim D.Y. Microstructure and phase stability of yttria-doped tetragonal zirconia polycrystals heat treated in nitrogen atmosphere // Journal of the American Ceramic Society. 1997. V. 80. № 10. P. 2607-2612.

38. Mazaheri M., Simchi A., Golestani-Fard F. Densification and grain growth of nanocrystalline 3Y-TZP during two-step sintering // Journal of the European Ceramic Society. 2008. V. 28. № 15. P. 2933-2939.

39. Tartaj J., Tartaj P. Two-stage sintering of nanosize pure zirconia // Journal of the American Ceramic Society. 2009. V. 92. № S1. P. S103-S106.

40. Wang X.H., Chen P.L., Chen I.W. Two-step sintering of ceramics with constant grain-size, I. Y2O3 // Journal of the American Ceramic Society. 2006. V. 89. № 2. P. 431-437.

41. Nygren M., Shen Z. On the preparation of bio-, nano- and structural ceramics and composites by spark plasma sintering // Solid State Sciences. 2003. V. 5. № 1. P. 125-131.

42. Bernard-Granger G., Addad A., Fantozzi G., Bonnefont G., Guizard C., Vernat D. Spark plasma sintering of a commercially available granulated zirconia powder: I. Sintering path and hypotheses about the mechanism(s) controlling densification // Acta Materialia. 2010. V. 58. № 9. P. 3390-3399.

43. Lin J.-D., Duh J.-G., Lo C.-L. Mechanical properties and resistance to hydrothermal aging of ceria- and yttria-doped tetragonal zirconia ceramics // Materials Chemistry and Physics. 2002. V. 77. P. 808-818.

44. Sigmund W, Yuh J,, Park H, Maneeratana V, Pyrgiotakis G, Daga A, Taylor J, Nino JC. Processing and Structure Relationships in Electrospinning of Ceramic Fiber Systems // Journal of the American Ceramic Society. 2006. V. 89. № 2. P. 395-407.

45. Vakifahmetoglu C. Fabrication and properties of ceramic 1D nanostructures from preceramic polymers: a review // Advances in Applied Ceramics. 2011. V. 110. № 4. P. 188-204.

46. Bunsell A.R., Berger M.H. Fine diameter ceramic fibers // Journal of the European Ceramic Society. 2000. V. 20. P. 2249-2260.

47. Formhals A. Process and apparatus for preparing artificial threads. US Patent 1975504. 1934.

48. Teo W.E., Ramakrishna S. A review on electrospinning design and nanofibre assemblies // Nanotechnology. 2006. V. 17. P. R89-R106.

49. Bhardwaj N., Kundu S.C. Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique // Biotechnology Advances. 2010. V. 28. No. 3. P. 325-347.

50. Shao C., Guan H., Liu Y., Gong J., Yu N., Yang X. A novel method for making ZrO2 nanofibres via an electrospinning technique // Journal of Crystal Growth. 2004. V. 267. P. 380384.

51. Azad A-M. Fabrication of yttria-stabilized zirconia nanofibers by electrospinning // Materials Letters. 2006. V. 60. P. 67 - 72.

52. Wu H., Pan W., Lin D., Lin H. Electrospinning of ceramic nanofibers: Fabrication, assembly and applications // Journal of Advanced Ceramics. 2012. V. 1. № 1. P. 2-23.

53. Zhao Y., Tang Y., Guo Y., Bao X. Studies of Electrospinning Process of Zirconia Nanofibers // Fibers and Polymers. 2010. V. 11. № 8. P. 1119-1122.

54. Гузеев В.В., Дьяченко А.Н., Макаров В.Ф. Получение микроволокон диоксида циркония из раствора оксихлорида циркония // Известия Томского политехнического университета. 2002. V. 305. № 3. C. 190-197.

55. Lange F.F., Metcalf M. Processing-related fracture origins: II, agglomerate motion and cracklike internal surfaces caused by differential sintering // Journal of the American Ceramic Society. 1983. V. 66, № 6. P. 398-406.

56. Taya M., Hayashi S., Kobayashi A.S., Yoon H.S.. Toughening of a particulate-reinforced ceramic-matrix composite by thermal residual stress // Journal of the American Ceramic Society. 1990. V. 73, № 5. P. 1382-1392.

57. Michalek M., Sedlacek J., Parchoviansky M., Michalkova M., Galusek D. Mechanical properties and electrical conductivity of alumina/MWCNT and alumina/zirconia/MWCNT composites // Ceramics International. 2014. V. 40, № 1B. P. 1289-1295.

58. Ojaimi C.L., Chinelatto A.S.A., Chinelatto A.L., Pallone E.M.J.A., Salem R.E.P. Microstructural evolution of alumina-zirconia nanocomposites // Materials Science Forum. 2015. V. 805. P.621-626.

59. Low I.M. Ceramic Matrix Composites. Woodhead. 2006. 632.

60. Stearns L.C., Zhao J., Harmer M.P.. Processing and microstructural development in Al2O3-SiC "nanocomposites" // Journal of the European Ceramic Society. 1992. V. 10, № 6. P. 473-477.

61. Faber K. T., Evans A. G. Crack deflection processes—I. Theory //Acta metallurgica. 1983. V. 31. No. 4. P. 565-576.

62. Asl M.S., Kakroudi M.G., Noori S.. Hardness and toughness of hot pressed ZrB2-SiC composites consolidated under relatively low pressure // Journal of Alloys and Compounds. 2015. V. 619. P. 481-487.

63. Todd R.I., Morsi K., Derby B.. Neutron diffraction measurements of thermal residual microstresses in ceramic particle reinforced alumina // Br. Ceram. Proc. 1996. V. 57. P. 87-101.

64. Ruhle M., Claussen N., Heuer A.H.. Transformation and microcrack toughening as complementary processes in ZrO2-toughened Al2O3 // Journal of the American Ceramic Society. 1986. V. 69. № 3. P. 195-197.

65. Santos C., Teixeira L.H.P., Daguano J.K.M.F., Rogero S.O., Strecker K., Elias C.N.. Mechanical properties and cytotoxicity of 3Y-TZP bioceramics reinforced with AhO3 particles // Ceramics International. 2009. V. 35, № 2. P. 709-718.

66. Zhai H.Z., Li J.B., Zhang S.X., Chen Y.J., Zhang B.. Preparation of tetragonal zirconia containing titanium nitride powder by in-situ selective nitridation // Journal of Materials Chemistry. 2001. V. 11. № 4. P. 1092-1095.

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

68. Shi J.L., Li L., Guo J.K.. Boundary stress and its effect on toughness in thin boundary layered and particulate composites: model analysis and experimental tests on Y-TZP-based ceramic composites // Journal of the European Ceramic Society. 1998. V. 18. № 14. P. 20352043.

69. Vleugels J., Biest O.V.. Development and characterization of Y2O3-stabilized (Y-TZP) composites with TiB2, TiN, TiC, TiC0.5N0.5 // Journal of the American Ceramic Society. 1999. V. 82. № 10. P. 2717-2720.

70. Basu B., Vleugels J., Biest O.V.. Processing and mechanical properties of ZrO2-TiB2 composites // Journal of the European Ceramic Society. 2005. V. 25, № 16. P. 3629-2637.

71. Mansfield E., Kaiser D.L., Fujita D., Van de Voorde M.H. Metrology and Standardization for Nanotechnology. Weinheim: Wiley-VCH. 2017. 626.

72. Menezes P.L. Tribology for scientists and engineers. New York: Springer. 2013. 948.

p.

73. Broitman E. The nature of the frictional force at the macro-, micro-, and nano-scales //Friction. 2014. V. 2. No. 1. P. 40-46.

74. Bhushan B. Handbook of Micro/Nano Tribology. New York: CRC Press. 1995. 880

p.

75. Holmberg K. Coatings tribology: properties, mechanisms, techniques and applications in surface engineering/Kenneth Holmberg, Allan Matthews //Anonymous Amsterdam; Boston; London: Elsevier Science. 2009. 576 p.

76. Urbakh M., Meyer E. Nanotribology: The renaissance of friction //Nature materials. 2010. V. 9. No. 1. P. 8.

77. Charf T.W., Singer I.L. Role of third bodies in friction behavior of diamond-like nanocomposite coatings studied by in situ tribometry //Tribology Transactions. 2002. V. 45. No. 3. P. 363-371.

78. Gao G.F., Zhao B., Xiang D.H., Kong Q.H. Research on the surface characteristics in ultrasonic grinding nano-zirconia ceramics //Journal of materials processing technology. 2009. V. 209. No. 1. P. 32-37.

79. Koskilinna J. Quantum chemical studies on atomic-scale tribology of diamond and boron nitride. University of Joensuu. 2007. 32 p.

80. Дедков Г.В. Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели //Успехи физических наук. 2000. V. 170. No. 6. P. 585-618.

81. Popov V.L., Psakhie S.G. Numerical simulation methods in tribology //Tribology International. 2007. V. 40. No. 6. P. 916-923.

82. Лякишев Н.П., Алымов М. И. Наноматериалы конструкционного назначения //Российские нанотехнологии. 2006. V. 1. No. 1-2. P. 71-81.

83. Kato K. Wear in Relation to Friction—a Review //Wear. 2000. V. 241. No. 2. P. 151157.

84. Sainsot P., Leroy J.M., Villechaise B. Paper VI (i) Effect of surface coatings in a rough normally loaded contact //Tribology Series. Elsevier, 1990. V. 17. P. 151-156.

85. Hwang D.H., Zum Gahr K. H. Transition from static to kinetic friction of unlubricated or oil lubricated steel/steel, steel/ceramic and ceramic/ceramic pairs //Wear. 2003. V. 255. No. 1-6. P. 365-375.

86. Wang Y., Hsu S. M., Wear and wear transition mechanisms of ceramics// Wear. 1996. V. 195. № 1-2. P. 112-122,

87. Miyoshi K., Buckley D.H. Friction, deformation and fracture of single-crystal silicon carbide //Asle Transactions. 1979. V. 22. No. 1. P. 79-90.

88. Adewoye O.O., Page T.F. Electron microscopy study of surface and subsurface friction damage in single crystal SiC // Wear. 1981. V. 73. 247-260.

89. Cranmer D.C. Friction and wear properties of monolithic silicon based ceramics // Journal of materials science. 1985. V. 20. No. 6. P. 2029-2037.

90. Jacobson S., Hogmark S. Tribofilms—on the crucial importance of tribologically induced surface modifications //Recent developments in wear prevention, friction and lubrication. 2010. V. 661. No. 2. P. 197-225.

91. Bhushan B. Modern Tribology Handbook. New York Set-CRC Press. 2000. P. 197225.

92. Blau P. J. Scale effects in sliding friction: an experimental study //Fundamentals of friction: macroscopic and microscopic processes. Springer: Dordrecht. 1992. P. 523-534.

93. Doi T., Uhlmann E., Marinescu I. D. Handbook of ceramics grinding and polishing. 2015. Oxford: Elsevier. 486 p.

94. Peterson M.B., Winer W.O. Wear Control Handbook. New York: American Society of Mechanical Engineers. 1980. 1358 p.

95. Nosonovsky M., Bhushan B. Multiscale friction mechanisms and hierarchical surfaces in nano-and bio-tribology //Materials Science and Engineering. R.: Reports. 2007. V. 58. No. 3-5. P. 162-193.

96. Мышкин Н., Петроковец М. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии. М. : ФИЗМАТЛИТ. 2007. 368 с

97. Пенкин Н. С., Пенкин А. Н., Сербин В. М. Основы трибологии и триботехники //М.: Машиностроение. 2008. 206 с.

98. Mao C., Zhang Y., Peng X., Zhang B., Hu Y., Bi Z. Wear mechanism of single cBN-WC-10Co fiber cutter in machining of Ti-6Al-4V alloy //Journal of Materials Processing Technology. 2018. V. 259. P. 45-57.

99. Mao C., Lu J., Zhao Z., Yin L., Hu Y., Bi. Z. Simulation and experiment of cutting characteristics for single cBN-WC-10Co fiber //Precision Engineering. 2018. V. 52. P. 170-182.

100. Chang W. R., Etzion I., Bogy D. B., An elastic-plastic model for the contact of rough surfaces// ASME J. Tribol, 1987. V. 109 , P. 257-263.

101. Kogut L., Etsion I. A static friction model for elastic-plastic contacting rough surfaces //Journal of Tribology. 2004. V. 126. No. 1. P. 34-40.

102. Boch P., Niepce J. C. (ed.). Ceramic Materials: Processes, Properties, and Applications. John Wiley & Sons, 2010.V. 98. 592 p.

103. Kim C. J., Mayor J. R., Ni J. A static model of chip formation in microscale milling //Journal of manufacturing science and engineering. 2004. V. 126. No. 4. P. 710-718.

104. Yang M., Li, C., Zhang, Y., Jia, D., Zhang, X., Hou, Y., Li R., Wang, J. Maximum undeformed equivalent chip thickness for ductile-brittle transition of zirconia ceramics under different lubrication conditions //International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2017. V. 122. P.55-65.

105. Israelachvili J. N. Intermolecular and surface forces. Academic press. 2015. 660 p.

106. Rainforth W. M. The wear behaviour of oxide ceramics-A Review //Journal of materials science. 2004. V. 39. No. 22. P. 6705-6721.

107. Adachi K., Kato K., Chen N. Wear map of ceramics //Wear. 1997. V. 203P. 291301.

108. Adachi K., Kato K. Formation of smooth wear surfaces on alumina ceramics by embedding and tribo-sintering of fine wear particles //Wear. 2000. V. 245. No. 1-2. P. 84-91.

109. Kayaba T., Kato K. Frictional properties of surface films in air and in high vacuum //Wear. 1978. V. 47. No. 1. P. 93-105.

110. Ajayi O. O., Ludema K. C. Mechanism of transfer film formation during repeat pass sliding of ceramic materials //Wear. 1990. V. 140. No. 2. P. 191-206.

111. Andersson P., Blomberg A. Alumina in unlubricated sliding point, line and plane contacts //Wear. 1993. V. 170. No. 2. P. 191-198.

112. Achanta S., Liskiewicz T., Drees D., Celis J.-P. Friction mechanisms at the micro-scale //Tribology International. 2009. V. 42. No. 11-12. P. 1792-1799.

113. Bowden F.P., Tabor D. The friction and lubrication of solids. Clarendon Press. 1964. 544. p.

114. Lee S.W., Hsu S.M., Shen M.C. Ceramic wear maps: zirconia //Journal of the American Ceramic Society. 1993. V. 76. No. 8. P. 1937-1947.

115. Громаковский Д.Г., Ермошкин А.А., Ковшов А.Г., Карпухин М.В. Экспериментальная оценка связи энергии деформации с параметрами структурного состояния материала деформируемых поверхностей //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. V. 13. No. 4-3. 704-708.

116. Le Houerou V., Gauthier C., Schirrer R. Energy based model to assess interfacial adhesion using a scratch test //Journal of materials science. 2008. V. 43. No. 17. P. 5747-5754.

117. Калинников В.Т., Лебедев В.Р., Локшин Э.П., Ляхов В.П., Попович В.Ф. Технология получения диоксида циркония особой чистоты из бадделеитового концентрата АО «Ковдорский ГОК». 2002. Физико-химические проблемы создания новых конструкционных керамических материалов. Сыктывкар. С. 227-232.

118. Carter C.B., Norton M.G. Ceramic materials. 2nd ed. Springer. 2013. 775 p.

119. Galusek D., Ghillanyova K., Sedlacek J., Kozankova J., Sajgalik P. The influence of additives on microstrucutre of sub-micron alumina ceramics prepared by two-stage sintering // Journal of the European Ceramic Society. 2012. V. 32. No. 9. P. 1965-1970.

120. Стороженко П.А., Гусейнов Ш.Л., Малашин С.И. Нанодисперсные порошки: методы получения и способы практического применения // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4. № 1-2. С. 27-39.

121. Berest P., Ghoreychi M., Hadj-Hassen F., Tijani M. Mechanical behaviour of salt VII. CRC Press. 2012. 506 p.

122. Boccaccini D.N., Frandsen H.L., Soprani S., Cannio M. et al. Influence of porosity on mechanical properties of tetragonal stabilized zirconia // Journal of the European Ceramic Society. 2018. V. 38. P. 1720-1735.

123. Anstis G.R., Chantikul P., Lawn B.R., Marshall D.B.A critical evaluation of indentation techniques for measuring fracture toughness: I, direct crack measurements //Journal of the American Ceramic Society. 1981. V. 64. No. 9. P. 533-538.

124. Токита М. Тенденции в развитии систем искрового плазменного спекания и технологии // Журнал общества специалистов порошковых технологий (Япония). 1993. V. 30. № 11. P. 790-804.

125. Zahedi A.M., Javadpour J., Rezaie H.R., Mazaheri M. Analytical Study on the Incorporation of Zirconia based Ceramics with Carbon Nanotubes: Dispersion Methods and Mechanical Properties // Ceramics International. 2016. V. 42. № 1. Part B. P. 1653-1659.

126. Kasperski A., Weibel A., Alkattan D., Estournes C. , Laurent Ch., Peigney A. Double-walled carbon nanotube/zirconia composites: Preparation by spark plasma sintering, electrical conductivity and mechanical properties // Ceramics International. 2015. V. 41. No. 10. Part A. P. 13731-13738.

127. Hanzel O., Sedlacek J., Sajgalik P. New approach for distribution of carbon nanotubes in alumina matrix // Journal of the European Ceramic Society. 2014. V. 34. P. 18451851.

128. Hirvonen A., Nowak R., Yamamoto Y., Sekino T., Niihara K. Fabrication, structure, mechanical and thermal properties of zirconia-based ceramic nanocomposites // Journal of the European Ceramic Society 2006. V. 26. P. 1497-1505.

129. Dobedoe R.S., West G.D., Lewis M.H. Spark Plasma Sintering of Ceramics // Bulletin of ECerS. 2003. V. 1. P. 19-24

130. Zahedi A.M., Gonzalez-Julian J., Mazaheric M., Javadpoura J., Rezaiea H.R., Guillon O. Field-assisted/spark plasma sintering behavior of CNT-reinforced zirconia composites: A comparative study between model and experiments // Journal of the European Ceramic Society. 2015. V. 35. № 15. P. 4241-4249.

131. Болдин М.С. Физические основы технологии электроимпульсного плазменного спекания. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет. 2012. 59 с.

132. Федосова Н.А., Кольцова Э.М., Попова Н.А., Жариков Е.В, Лукин Е.С. Керамоматричные композиты, армированные углеродными нанотрубками: искровое плазменное спекание, моделирование, оптимизация // Новые огнеупоры. 2015. № 12. C. 13-17.

133. Ban S., Suehiro Y., Nakanishi H., Nawa M.. Fracture toughness of dental zirconia before and after autoclaving // Journal of the Ceramic Society of Japan. 2010. V. 118. № 6. P. 406-409.

134. Eichler J., Rodel J., Eisele U., Hoffman M. Effect of Grain Size on Mechanical Properties of Submicrometer 3Y-TZP: Fracture Strength and Hydrothermal Degradation // Journal of the American Ceramic Society. 2007. V. 90. № 9. P. 2830-2836.

135. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Saito R., Jorio A. Raman spectroscopy of carbon nanotubes // Physics Reports. 2005. V. 409. P. 47-99.

136. Lamnini S., Karoly Z., Bodis E., Balazsi K. et al. Influence of structure on the hardness and the toughening mechanism of the sintered 8YSZ/MWCNTs composites // Ceramics International. 2019. V. 45. № 4. P. 5058-5065.

137. Chintapalli R.K., Marro F.G., Milsom B., Reece M. et al. Processing and characterization of high-density zirconia-carbon nanotube composites // Materials Science and Engineering A. 2012. V. 549. P. 50- 59.

138. Bec S., Tonck A., Loubet J.L. A simple guide to determine elastic properties of films on substrate from nanoindentation experiments // Philosophical Magazine. 2006. V. 86. No. 22-25. P. 5347-5358.

139. Gaillard F., Jimenez-Pique E., Soldera F., Mucklich F. et al. Quantification of hydrothermal degradation in zirconia by nanoindentation // Acta Materialia. 2008. V. 56. №. 16. P. 4206-4216.

140. Munoz-Tabares J.A., Jimenez-Pique E., Anglada M. Subsurface evaluation of hydrothermal degradation of zirconia // Acta Materialia. 2011. V. 59. P. 473-484.

141. Zhigachev A.O., Umrikhin A.V., Korenkov V.V., Golovin Y.I. Low-temperature aging of baddeleyite-based Ca-TZP ceramics // Journal of the American Ceramic Society. 2017. V. 100. No. 7. P. 3283-3292.

142. Liu Y., Wang C. (ed.). Advanced Nanofibrous Materials Manufacture Technology Based on Electrospinning. CRC Press. 2019. 370 p.

143. Esfahani H., Jose R., Ramakrishna S. Electrospun ceramic nanofiber mats today: Synthesis, properties, and applications //Materials. 2017. V. 10. №. 11. P. 1238.

144. Gautam C., Joyner J., Gautam A., Rao J., Vajtai R. Zirconia based dental ceramics: structure, mechanical properties, biocompatibility and applications //Dalton Transactions. 2016. V. 45. No. 48. P. 19194-19215.

145. Roy S., Ghose J. Synthesis of stable nanocrystalline cubic zirconia //Materials research bulletin. 2000. V. 35. No. 7. P. 1195-1203.

146. Mao C., Lu J., Zhao Z., Yin L., Hu Y., Bi. Z. Simulation and experiment of cutting characteristics for single cBN-WC-10Co fiber //Precision Engineering. 2018. V. 52. P. 170-182.

147. Huang S. et al. Preparation and properties of electrospun poly (vinyl pyrrolidone)/cellulose nanocrystal/silver nanoparticle composite fibers //Materials. 2016. V. 9. No. 7. P. 523.

148. Fabris S., Paxton A. T., Finnis M. W. A stabilization mechanism of zirconia based on oxygen vacancies only //Acta Materialia. 2002. V. 50. No. 20. P. 5171-5178.

149. Eichler J., Rodel J., Eisele U., Hoffman M. Effect of Grain Size on Mechanical Properties of Submicrometer 3Y-TZP: Fracture Strength and Hydrothermal Degradation // Journal of the American Ceramic Society. 2007. V. 90. № 9. P. 2830-2836.

150. Rajeswari K., Rajasekhar Reddy A., Hareesh U.S. et al. Micro structural control of stabilized zirconia ceramics (8YSZ) through modified conventional sintering methodologies // Science of Sintering. 2010. V. 42. P. 91-97.

151. Labuz A., Lach R., Raczka M., Wojtowicz B. et al. Processing and characterization of Ca-TZP nanoceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2015. V. 35. № 14. P. 3943-3947.

152. Ikuhara Y., Yamamoto T., Kuwabara A. et al. Structure and chemistry of grain boundaries in SiO2-doped TZP // Science and technology of advanced materials. 2011. V. 2. No. 2. P. 411—424

153. Gremillard L., Chevalier J., Epicier T., Deville S., Fantozzi G. Modeling the aging kinetics of zirconia ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2004. V. 24. P. 34833489.

154. Drennan J., Hannink R.H.J. Effect of SrO additions on the grain-boundary microstructure and mechanical properties of magnesia-partially-stabilized zirconia // J Journal of the American Ceramic Society. 1986. V. 69. № 7. P. 541—546.

155. Ikuhara Y., Yamamoto T., Kuwabara A. et al. Structure and chemistry of grain boundaries in SiO2-doped TZP // Science and technology of advanced materials. 2011. V. 2. No. 2. P. 411—424

156. Zum Gahr K. H., Schneider J. Surface modification of ceramics for improved tribological properties //Ceramics International. 2000. V. 26. No. 4. P. 363-370.

157. Farber B.Y., Knopjes L., Bedesi N. Advances in ceramic media for high energy milling applications // Minerals Engineering. 2009. V. 22. P. 704-709.

158. Suryanarayana С. Mechanical alloying and milling // Progress in Materials Science. 2001. V. 46. P. 1-184.

159. Xue W., Xie Z., Yi J., Wang C.-A. Spark plasma sintering and characterization of 2Y-TZP ceramics // Ceramics International. 2015. V. 41. P. 4829-4835.

160. Верещак В.Г., Пасенко А.А., Хлопицкий А.А., Баскевич А.С. Влияние добавок Nb2O5 на синтез и свойства стабилизированного диоксида циркония // Вопросы химии и химической технологии. 2007. № 6. С. 56-59

161. Nakayama K., Bou-Said B., Ikeda H. Tribo-Electromagnetic Phenomena of Hydrogenated Carbon Films—Tribo-Electrons,-Ions,-Photons, and-Charging //Journal of tribology. 1997. V. 119. No. 4. P. 764-768.

162. Hu J., Ogletree D.F., Salmeron M. Atomic scale friction and wear of mica //Surface science. 1995. V. 327. No. 3. P. 358-370.

163. Carpick R.W, Agrait N., Ogletree D.F., Salmeron M. Measurement of interfacial shear (friction) with an ultrahigh vacuum atomic force microscope //Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 1996. V. 14. No. 2. P. 1289-1295.

ПРИЛОЖЕНИЕ Акт использования результатов диссертационной

работы