Научная тема: «СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТЫХ НАНОСИСТЕМ НА ОСНОВЕ ZrO2»
Специальность: 01.04.07
Год: 2008
Отрасль науки: Технические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Совокупность экспериментальных данных о фазовом составе, параметрах кристаллической структуры, морфологии частиц, физических и технологических свойствах порошков системы ZrO2 - MgO, получаемых методом термического разложения водных растворов азотнокислых солей циркония и магния в низкотемпературной плазме. Увеличение концентрации соли магния в прекурсоре сопровождается изменением формы преимущественного количества частиц в порошках от неизодиаметричной к сферической, увеличением среднего размера частиц и размера кристаллитов таким образом, что порошковая система переходит из «нанокристаллического» в «субмикрокристаллическое» состояние.
  2. При механической обработке нанокристаллической порошковой системы ZrO2(MgO) после интенсивного агрегирования на начальном этапе, в дальнейшем происходит её разделение на две самостоятельные подсистемы со значительным уменьшением среднего размера изолированных частиц, минимизацией количества агрегатов и появлением высокодефектной (рентгеноаморфной) составляющей. Заключительным этапом механической обработки нанокристаллической порошковой системы является её грануляция с формированием устойчивых к дальнейшему механическому воздействию сферических элементов.
  3. Присутствие в нанокристаллических порошковых системах элементов разного структурного типа является причиной проявления стадийности уплотнения в процессе компактирования и отсутствия смены преобладающего механизма уплотнения при прессовании нанокристаллических порошков с однотипной иерархией структуры в частицах. Увеличение количества агрегатов в нанокристаллических порошках сопровождается уменьшением скорости их уплотнения при прессовании.
  4. Для нанокристаллических порошковых систем существует критическая температура, нагрев до которой сопровождается их интенсивным уплотнением и отсутствием уплотнения на изотермической стадии. При спекании высокопористых прессовок из нанокристаллических порошков на стадии нагрева формируется устойчивая к дальнейшему уплотнению на изотермической стадии спекания каркасная структура из линейных цепочек нанокристаллических зёрен, для которой максимальной усадке при нагреве соответствует минимальная усадка при изотермической выдержке.
  5. Существует корреляция между размером кристаллитов высокотемпературной модификации ZrO2 и объёмом порового пространства в керамике из частично стабилизированного диоксида циркония, в которой прослеживается влияние двух факторов - рост кристаллитов с уменьшением уровня сжимающих напряжений при уменьшении площади контактов между соседними зёрнами и появление напряжений, инициируемых тетрагонально-моноклинным превращением, дробящих кристаллиты тетрагональной фазы диоксида циркония. Увеличение пористости в керамике из частично стабилизированного диоксида циркония ZrO2(Y2O3) сопровождается структурными изменениями - уменьшением доли высокотемпературной тетрагональной модификации ZrO2 в силу уменьшения критического размера зерна.
  6. Механизм макродеформации пористой нанокристаллической керамики ZrO2, наряду с чисто упругим деформированием и накоплением микроповреждений, проявляет нелинейную упругость, обеспеченную присутствием в керамическом каркасе стержневых элементов из нанокристаллических зёрен с высокой прочностью на границах раздела, способных к потере устойчивости, подобно продольно нагруженным стержням. При этом нелинейная упругость проявляется выше некоторого предельного значения пористости, соответствующего перколяционному переходу в системе материал - пора. Процесс накопления микроповреждений носит пороговый характер и после локального разрушения материал продолжает деформироваться по прежнему закону.
Список опубликованных работ
1.Кульков С.Н., Буякова С.П., Никитин Д.С. Масловский В.И. Механическая неустойчивость и перколяционные переходы в структуре пористого материала в кн. Прикладная синергетика, фракталы и компьютерное моделирование структур, под ред. А.А.Оксогоева, ТГУ 2002 г. С.311-330

2.Кульков С.Н., Скрипняк В.А., Скрипняк Е.Г., Буякова С.П. Механические свойства поликристаллических объёмных нанокристаллических керамических материалов на основе оксида алюминия и диоксида циркония в кн. Синтез и свойства нанокристаллических и субмикроструктурных материалов, под ред. А.Д. Коротаева. – Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2007. с. 232-328.

3.Буякова С.П., Мельников А.Г., Кульков С.Н. Изучение переходной зоны, формирующейся в металлокерамическом биокомпозите NiTi – ZrO2 // Перспек-тивные материалы. 1998. № 4. С. 33-36

4.Буякова С.П., Хан Вей, Ли Дунмы, Чжен Хаюн, Саблина Т.Ю., Мельников А.Г., Кульков С.Н. Механическое поведение пористого диоксида циркония при активной деформации сжатием // Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. № 17. С. 44-48

5.Буякова С.П., Масловский В.И., Никитин Д.С., Кульков С.Н. Механическая неустойчивость пористого материала // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. № 23. С. 1 -8

6.Кульков С.Н., Масловский В.И., Буякова С.П., Никитин Д.С. Негуковское по-ведение пористого диоксида циркония при активной деформации сжатием // ЖТФ 2002. Т. 72. № 3. С. 38-42

7.Буякова С.П. Кульков С.Н., Масловский В.И. Структура, фазовый состав и механическое поведение керамики на основе диоксида циркония // Вестник ТГУ. 2003. В. 13. С. 61-87

8.Буякова С.П., Хорищенко Ю.А., Кульков С.Н. Структура, фазовый состав и морфологическое строение плазмохимических порошков ZrO2(MgO) // Огне-упоры и техническая керамика. 2004. № 6. С. 25-30.

9.Никитин Д.С., Жуков В.А., Перков В.В., Буякова С.П., Кульков С.Н. Получение и структура пористой керамики из нанокристаллического диоксида циркония // Неорганические материалы. 2004, Т. 40, № 7, С. 869-872

10.S. Kulkov, V. Maslovskii, S. Buyakova Mechanikal instability and percolation tran-sitions in porous ceramic material // Eurasian physical technical journal. Vol. 1. 2004. No. 1. P. 34-43

11.Кульков С.Н., Буякова С.П., Масловский В.И. Микромеханическая неустой-чивость при деформации пористых керамических материалов // Физическая ме-зомеханика. 2004 г. № 7. Спец. Выпуск. Ч. 1.С. 131-134.

12.Буякова С.П., Хлусов И.А., Кульков С.Н. Пористая циркониевая керамика для эндопротезирования костной ткани // Физическая мезомеханика. 2004 г. № 7. Спец. выпуск ч. 1. С. 127-130.

13.Буякова С.П., Кульков С.Н. Формирование структуры пористой керамики, спеченной из нанокристаллических порошков // Огнеупоры и техническая ке-рамика. 2005. № 11. С. 6-11.

14.Кульков С.Н., Томаш Ян, Буякова С.П. Фрактальная размерность поверхностей пористых керамических материалов // Письма в ЖТФ 2006. Т. 32. № 2. С. 51-55.

15.Кульков С.Н., Буякова С.П., Панин С.В., Любутин П.С., Формирование по-верхностных структур при деформации пористых непластичных сред // Физи-ческая мезомеханика. 2006 г. Т. 9 спец. выпуск. С. 83-86.

16.Буякова С.П. Эволюция структуры нанокристаллического диоксида циркония Известия ВУЗов «Физика». 2006 г.Т. 49. № 3 (прил.). С. 20-22.

17.Баранникова С.А., Буякова С.П., Зуев Л.Б., Кульков С.Н. О локализации де-формации при сжатии образцов керамики ZrO2(Y2O3) // Письма в ЖТФ. 2007 г. С. 57-64.

18.Буякова С.П., Кульков С.Н. Структура и свойства пористых керамических композитов ZrO2 – гидроксилапатит // Вестник ТГУ. 2004. В. 23. С. 89-94

19.Кульков С.Н., Буякова С.П. Фазовый состав и особенности формирования структуры в нанокристаллическом ZrO2 // Российские нанотехнологии. 2007. №1. С. 60-73.

20.Буякова С.П., Кульков С.Н. Влияние механообработкина структуру и свойства наносистем ZrO2(Mg) // Фундаментальные проблемы современного материало-ведения. 2007. №2. С. 51-56.

21.Буякова С.П. Формирование структуры в нанокристаллической порошковой системе ZrO2(MexOy) Перспективные материалы. 2007. № 6. С. 74-78.

22.Буякова С.П., Никитин Д.С., Масловский В.И., Кульков С.Н. Перколяционные переходы в структуре пористой керамики / Труды Второй Международной научно- технической конференции «Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных конденсированных сред». Барнаул 2001 г. с. 58-62.

23.Кульков С.Н., Буякова С.П., Масловский В.И. Механическая неустойчивость пористых сред Труды Международной конференции «Моделирование процес-сов в синергетических системах». Максимиха, оз. Байкал 2002 г. с. 107-112.

24.S.Kulkov, S Buykova Micro-mechanical Instability of the Porous Zirconia-based Nanoceramics X APAM Topical Seminar and III Conference «Materials of Siberia» «Nanoscience and technology» devoted to 10th anniversary of APAM, Novosibirsk, 2003 p. 134-136.

25. Буякова С.П., Кульков С.Н. Влияние содержания MgO на структуру и свойства системы ZrO2 –MgO Сборник трудов Международной конференции «Уль-традисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение» 28 – 29 сентября, Красноярск 2006 г.С. 121-125

26.Буякова С.П., Кульков С.Н., Мельников А.Г. Металлокерамический биоим-плантат на основе диоксида циркония Патент РФ № 2132202 РФ. МКИ С1 6АL27/00