ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ К ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЮ И РАСТРЕСКИВАНИЮ Li2ZrO3 - Li2SiO3 КЕРАМИК

Авторы

  • Артем Козловский Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
  • Дмитрий Шлимас Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
  • Камила Егiзбек Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
  • Дарын Боргеков Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
  • Асхат Бергузинов Торайгыров университет

DOI:

https://doi.org/10.52167/1609-1817-2022-121-2-383-391

Ключевые слова:

литий содержащие керамики, бланкетные материалы, трещиностойкость, прочностные характеристики, двухфазные керамики

Аннотация

В данной статье представлены результаты исследования прочностных механических свойств литийсодержащих керамик на основе Li2ZrO3  - Li2SiO3, выбор которых обусловлен перспективами применения их в качестве материалов для размножения трития в термоядерных реакторах. Интерес к данному типу керамик связан с возможностями проверки гипотезы о влиянии двухфазного состава керамик на прочностные свойства, а также устойчивость к внешним механическим воздействиям. Синтез керамик проводился с применением метода твердофазного синтеза, путем смешивания исходных порошков и последующим термическим спеканием в муфельной печи при температуре 1100°С. В качестве методов исследования для определения прочностных свойств были применены методы индентирования и однократного сжатия. Согласно результатам исследований прочностных свойств керамик в зависимости от концентрации Li2SiO3 было установлено, что увеличение содержания Li2SiO3 приводит к повышению показателей твердости и трещиностойкости. При этом при измерении твердости при различных нагрузках на индентер было установлено, что увеличение нагрузки на индентер в диапазоне 10-200 Н не приводит к существенным изменениям твердости, что свидетельствует о том, что данные керамики обладают достаточно высокой устойчивостью к механическим давлениям различной величины. Результаты устойчивости к трещинообразованию при однократном сжатии показали, что изменение концентрации Li2SiO3 в составе двухфазных керамик приводит к увеличению устойчивости к растрескиванию за счет эффекта упрочнения, обусловленного наличием межфазных границ зерен в структуре. Результаты определения влияния скорости сжатия показали, что при содержании в составе керамик Li2SiO3 равной 0.3-0.5 наблюдается увеличение устойчивости к трещинообразованию.

Биографии авторов

Артем Козловский, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

PhD, ассоц. профессор,  Нур-Султан, Казахстан,  artem88sddt@mail.ru 

Дмитрий Шлимас, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

PhD,  преподаватель-исследователь, Нур-Султан,  Казахстан,  Shlimas@mail.ru

Камила Егiзбек, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

студент, Нур - Султан, Казахстан, kemelin@mail.ru

Дарын Боргеков, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

PhD, исследователь, Нур-Султан, Казахстан, borgekov@mail.ru

Асхат Бергузинов , Торайгыров университет

PhD, ассоц. профессор, Павлодар,  Казахстан, askhat_berguzinov@mail.ru

Библиографические ссылки

[1] Shangguan, Xuehui, et al. "New insights into improving electrochemical performances of LiNi0. 5Mn0. 5O2 cathode material by Li2ZrO3 coating and Zr4+ doping." Ionics 25.10 (2019): 4547-4556.

[2] Zhang, Jicheng, et al. "High rate capability and excellent thermal stability of Li+-conductive Li2ZrO3-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 via a synchronous lithiation strategy." The Journal of Physical Chemistry C 119.35 (2015): 20350-20356.

[3] Tang, T., and D. L. Luo. "Density functional theory study of electronic structures in lithium silicates: Li2SiO3 and Li4SiO4." J. At. Mol. Sci 1 (2010): 185.

[4] Yang, Huan, et al. "Boosted electrochemical performance of Li2ZnTi3O8 enabled by ion-conductive Li2ZrO3 concomitant with superficial Zr-doping." Journal of Power Sources 379 (2018): 270-277.

[5] Wan, Z., et al. "First-principles study of electronic, dynamical and thermodynamic properties of Li2TiO3." The European Physical Journal B 85.6 (2012): 1-7.

[6] Yarmolenko, O. V., et al. "Nanocomposite network polymer gel-electrolytes: TiO2-and Li2TiO3-nanoparticle effects on their structure and properties." Russian Journal of Electrochemistry 51.5 (2015): 412-420.

[7] Abyshev, Baurzhan, et al. "Study of Radiation Embitterment and Degradation Processes of Li2ZrO3 Ceramic under Irradiation with Swift Heavy Ions." Ceramics 5.1 (2021): 13-23.

[8] Teshima, Toyoshi, and Motoji Ikeya. "Electron Spin Resonance Study on Defects in Lithium Zirconate (Li2ZrO3) Produced by 77 K γ-Irradiation." Japanese journal of applied physics 41.2R (2002): 685.

[9] He, Yu, Shichuan Sun, and Heping Li. "Ab initio molecular dynamics investigation of the elastic properties of superionic Li 2 O under high temperature and pressure." Physical Review B 103.17 (2021): 174105.

[10] Mandal, D., M. R. K. Shenoi, and S. K. Ghosh. "Synthesis & fabrication of lithium-titanate pebbles for ITER breeding blanket by solid state reaction & spherodization." Fusion Engineering and Design 85.5 (2010): 819-823.

[11] Gong, Yichao, et al. "Preparation of fine-grained Li4SiO4 pebbles by a combined sol–gel and hydrothermal method and their thermal cycling behavior." Journal of Nuclear Materials 516 (2019): 118-124.

[12] Xiang, Maoqiao, et al. "Preparation of Li4SiO4-xLi2O powders and pebbles for advanced tritium breeders." Ceramics International 43.2 (2017): 2314-2319.

[13] Rao, G. Jaya, et al. "Fabrication of Li4SiO4-Li2ZrO3 composite pebbles using extrusion and spherodization technique with improved crush load and moisture stability." Journal of Nuclear Materials 514 (2019): 321-333.

[14] Rao, G. Jaya, et al. "Fabrication and characterization of Li4SiO4-Li2TiO3 composite ceramic pebbles using extrusion and spherodization technique." Journal of the European Ceramic Society 38.15 (2018): 5174-5183.

[15] Rao, G. Jaya, et al. "Fabrication and characterization of Li4SiO4 pebbles by extrusion spherodization technique: Effects of three different binders." Ceramics International 45.3 (2019): 4022-4034.

Загрузки

Опубликован

25.06.2022

Как цитировать

Козловский, А., Шлимас, Д., Егiзбек К., Боргеков, Д., & Бергузинов , А. (2022). ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ К ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЮ И РАСТРЕСКИВАНИЮ Li2ZrO3 - Li2SiO3 КЕРАМИК. Вестник КазАТК, 121(2), 383–391. https://doi.org/10.52167/1609-1817-2022-121-2-383-391

Выпуск

Раздел

Автоматика, телемеханика, связь, энергетика, информационные системы