Modeling of density estimation during sintering of zirconium dioxide by the method of electroconsolidation

Анотація

Представлено результати чисельного моделювання процесів ущільнення та зростання зерна порошкових матеріалів на основі діоксиду цирконію ZrO₂ при електроконсолідації. Як теоретичну основу використано модель Скорохода–Олевського–Штерна, яка описує кінетику ущільнення та еволюцію мікроструктури. Ідентифікацію параметрів моделі виконано на основі експериментальних даних щодо зміни температури, відносної щільності та осьового напруження зразків складу ZrO₂+3 мол % Y₂O₃. Розроблено спеціалізовану комп’ютерну програму, яка дозволила виконати серію чисельних експериментів та зіставити результати моделювання з реальними даними спікання. Встановлено, що розраховані криві зміни щільності добре збігаються з експериментальними результатами, що підтверджує адекватність застосованої моделі. Показано, що на заключних стадіях процесу істотно впливає зростання зерна, проте остаточна щільність значною мірою визначається режимом ізотермічної витримки та рівнем тиску, що прикладається. Продемонстровано, що збільшення тиску дає змогу досягти високої щільності навіть без значного подовження часу процесу. Розроблений підхід забезпечує можливість прогнозування щільності, розмірів зерен та механічних характеристик спечених зразків. Практична значимість роботи полягає в тому, що запропонована методика може використовуватися для оптимізації режимів електроконсолідації, зниження енерговитрат та підвищення якості керамічних цирконієвих композитів.