kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2025-22-1-286-297kaz29-1754Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL SCIENCESИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ И МЕХАНИЧЕКИХ СВОЙСТВ КЕРАМИКИ ИЗ АЛЮМИНАТА МАГНИЯ, АРМИРОВАННОГО ДИОКСИДОМ ЦИРКОНИЯSTUDY OF STRUCTURAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF ZIRCONIUM DIOXIDE REINFORCED MAGNESIUM ALUMINATE CERAMICShttps://orcid.org/0000-0002-9727-0511БоргековД. Б.BorgekovD. B.

 PhD 

г. Астана

г. Алматы

 PhD 

Astana

Almaty

borgekov@inp.kzhttps://orcid.org/0000-0003-2454-7177ШлимасД. И.ShlimasD. I.

 PhD 

г. Астана

г. Алматы

 PhD 

Astana

Almaty

shlimas@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9908-3034ШакирзяновР. И.ShakirzyanovR. I.

 к.ф.-м.н. 

г. Астана

Cand.Phys.-Math.Sc. 

Astana

shakirzyanov_ri@enu.kzhttps://orcid.org/0000-0002-0759-4329ГаранинЮ. А.GaraninYu. A.

 магистр 

г. Астана

г. Алматы

Master 

Astana

Almaty

jorge.r2448@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0008-0601-8865МазныхС. А.MaznykhS. A.

г. Астана

Astana

sofiyamaznykh@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0109-7102ВолодинаН. О.VolodinaN. O.

 магистр 

г. Астана

Master 

Astana

natalia00volodina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8832-7443КозловскийА. Л.KozlovskiyA. L.

 PhD 

г. Астана

г. Алматы

 PhD 

Astana

Almaty

kozlovskiy.a@inp.kzhttps://orcid.org/0000-0003-2992-1375ЗдоровецМ. В.ZdorovetsM. V.

к.ф.-м.н. 

г. Астана

г. Алматы

 Cand.Phys.-Math.Sc. 

Astana

Almaty

mzdorovets@gmail.comЕвразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева; Институт ядерной физики Министерства энергетики Республики КазахстанКазахстанL.N. Gumilyov Eurasian National University; Institute of Nuclear Physics of the Ministry of Energy of the Republic of KazakhstanKazakhstanЕвразийский национальный университет им. Л.Н. ГумилеваКазахстанL.N. Gumilyov Eurasian National UniversityKazakhstan202526032025221286297Copyright © Боргеков Д.Б., Шлимас Д.И., Шакирзянов Р.И., Гаранин Ю.А., Мазных С.А., Володина Н.О., Козловский А.Л., Здоровец М.В., 20252025Боргеков Д.Б., Шлимас Д.И., Шакирзянов Р.И., Гаранин Ю.А., Мазных С.А., Володина Н.О., Козловский А.Л., Здоровец М.В.Borgekov D.B., Shlimas D.I., Shakirzyanov R.I., Garanin Y.A., Maznykh S.A., Volodina N.O., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/1754

Улучшение механических характеристик технических керамик является актуальной задачей современного керамического материаловедения. В частности, существует потребность в улучшении механических характеристик огнеупоров на основе шпинели MgAl2O4, поскольку данная шпинель характеризуется безупречной стойкостью к высокотемпературной коррозии. Работа посвящена изучению микроструктуры, фазового состава и механических свойств керамики MgAl2O4-ZrO2. Экспериментальные образцы были синтезированы твердофазным методом из порошковых компактов. Для комплексного изучения микроструктуры и фазового состава использовались методы сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции. Механические свойства керамических образцов изучались через измерение прочности таблеток на двухосный изгиб. Армирование алюмината магния диоксидом циркония проводилось для улучшения механических характеристик композитной керамики. Было установлено, что изменение фракции пресс-порошка может влиять на усадку, плотность и механические свойства керамических образцов MgAl2O4-ZrO2. В частности, уменьшение фракции пресс-порошка увеличивает прочность на двухосный изгиб таблеток алюмината магния и армированного композита. Значительное улучшение механических характеристик наблюдается для композита с добавкой 40 масс. % ZrO2.

Improving the mechanical properties of technical ceramics is an urgent task of modern ceramic materials science. There is a need to improve the mechanical properties of refractories based on MgAl2O4 spinel, since this spinel is characterized by impeccable resistance to high-temperature corrosion. The work is devoted to studying the microstructure, phase composition and mechanical properties of MgAl2O4-ZrO2 ceramics. Experimental samples were synthesized by the solid-phase method from powder compacts. For a comprehensive study of the microstructure and phase composition, scanning electron microscopy and X-ray diffraction were used. The mechanical properties of the ceramic samples were studied by measuring the strength of tablets in biaxial bending. Reinforcement of magnesium aluminate with zirconium dioxide was carried out to improve the mechanical properties of composite ceramics. It was found that a change in the fraction of the press powder can affect the shrinkage, density and mechanical properties of MgAl2O4-ZrO2 ceramic samples.

алюминат магнияшпинельбадделеитпрочность на двухосный изгибmagnesium aluminatespinelbaddeleyitebiaxial flexural strengthДанное исследование финансировалось Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (No. BR21882390)ReferencesОсновы технической керамики: учебное пособие /Н.Ю. Черкассова, С.В. Веселов, Д.В. Дудина, Р.И. Кузьмин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. – 106 с.Cherkassova N.Ju., Veselov S.V., Dudina D.V. and Kuz’min R.I. (2023) Osnovy tehnicheskoj keramiki: uchebnoe posobie, Novosibirsk: NGTU, p 106. [In Russian]Гаршин А.П. Материаловедение. Техническая керамика в машиностроении: учебник для вузов / А.П. Гаршин. – 2-е изд., испр. и доп. –М.: Издательство Юрайт, 2024. – 296 с.Garshin A.P. (2024) Materialovedenie. Tehnicheskaja keramika v mashinostroenii: uchebnik dlja vuzov. 2-e izd., ispr. i dop., Moscow: Jurajt, p. 296. [In Russian]Sadik C., El Amrani I. E., Albizane A. Recent advances in silica-alumina refractory: A review //Journal of Asian Ceramic Societies. – 2014. – Vol. 2. – No. 2. – P. 83–96.Sadik C., El Amrani I.E., Albizane A. (2014) Recent advances in silica-alumina refractory: A review. Journal of Asian Ceramic Societies, vol. 2, no. 2, pp. 83–96.Smith J.D., Fahrenholtz W.G. Refractory oxides // Ceramic and Glass Materials. – 2008. – P. 87.Smith J.D., Fahrenholtz W.G. (2008) Refractory oxides. Ceramic and Glass Materials, p. 87.Braulio M.A.L. et al. Spinel-containing alumina-based refractory castables // Ceramics International. – 2011. – Vol. 37. – No. 6. – P. 1705–1724.Braulio M.A.L. et al. (2011) Spinel-containing alumina-based refractory castables. Ceramics International, vol. 37, no. 6, pp. 1705–1724.El-Amir A.A.M. et al. MgAl2O4-reinforced c-ZrO2 ceramics prepared by spark plasma sintering // Journal of the Korean Ceramic Society. – 2021. – Vol. 58. – No. 5. – P. 574–582.El-Amir A.A.M. et al. (2021) MgAl2O4-reinforced c-ZrO2 ceramics prepared by spark plasma sintering. Journal of the Korean Ceramic Society, vol. 58, no. 5, pp. 574–582.Fouad O.A. et al. Fabrication and characterization of macroporous alumina-nano tetragonal zirconianano spinel ceramic composites // Materials Chemistry and Physics. – 2023. – Vol. 301. – P. 127617.Fouad O.A. et al. (2023) Fabrication and characterization of macroporous alumina-nano tetragonal zirconia-nano spinel ceramic composites. Materials Chemistry and Physics, vol. 301, p. 127617.Ganesh I., Ferreira J.M.F. Synthesis and characterization of MgAl2O4–ZrO2 composites // Ceramics international. – 2009. – Vol. 35. – No. 1. – P. 259–264.Ganesh I., Ferreira J.M.F. (2009) Synthesis and characterization of MgAl2O4–ZrO2 composites. Ceramics international, vol. 35, no. 1, pp. 259–264.Shakirzyanov R.I., Borgekov D.B., Garanin Y.A., Kozlovskiy A.L., Volodina N.O., Shlimas D.I., Zdorovets M.V. Study of the effect of synthesis temperature and thermal aging on structural, dielectric properties and phase composition in NiO/NiAl2O4 composite ceramics // Materials Research Express. – 2024. – Vol. 11. – No. 7. – P. 075507.Shakirzyanov R.I., Borgekov D.B., Garanin Y.A., Kozlovskiy A.L., Volodina N.O., Shlimas D.I., Zdorovets M.V. (2024) Study of the effect of synthesis temperature and thermal aging on structural, dielectric properties and phase composition in NiO/NiAl2O4 composite ceramics. Materials Research Express, vol. 11, no. 7, p. 075507.Boch P. Ceramic Materials: Processes, Properties and Applications / ed. Nièpce J.-C. – 2007.Boch P. (2007) Ceramic Materials: Processes, Properties and Applications, ed. Nièpce J.-C.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.