Vol 59, No 9 (2023)
Articles
Синтез сверхпроводящих легированных бором алмазов в растворе углерода и бора в расплавах золота и меди
Abstract
Впервые не образующие боридов ростовые системы Au–B–С и Cu–B–C были использованы для синтеза легированных бором сверхпроводящих алмазов. В этих системах превращение графита в алмаз происходит при давлениях 8–9 ГПа и температурах 1620–1770 K, доступных для массового производства. Предполагается, что присутствие бора в расплавах ответственно за снижение температуры синтеза в расплаве меди и появление алмазообразующей способности расплава на основе золота. Синтезированные алмазы демонстрируют металлический характер проводимости при обычных температурах и переход в сверхпроводящее состояние при 4.5–2.5 K.
Применение правила смешения для оценки теплофизических свойств аморфного сплава Fe80B20
Abstract
Восстановлены значения коэффициента теплового линейного расширения бора по экспериментальным данным для температурной зависимости его плотности. С использованием правила смешения компонентов аморфного сплава проведена оценка теплофизических свойств аморфного сплава Fe80B20 в рамках модели двухфазной локально-равновесной области. Продемонстрирована доминирующая роль атомов железа при формировании неупорядоченной среды. Полученные теоретические результаты являются прогностическими и требуют экспериментальной проверки.
Самоорганизация разномасштабных структурных групп в композите Cu/NbTi под действием пакетной гидроэкструзии
Abstract
По технологии повторяющейся пакетной прокатки композита Cu/NbTi получили высокопрочный гетерофазный сплав, обладающий сверхпроводящими свойствами. Рентгеноструктурные исследования показали, что полученный материал обладает ненапряженной, релаксированной структурой в виде самосогласованных, диффузионно локально легированных, разноразмерных атомных групп трех типов: 1) мелкокристаллических с дальним атомным порядком с размерами около 450 Å, проявляющихся в виде дебаевских отражений с острыми вершинами максимумов; 2) мезоскопических кластеров с наноразмерным атомным порядком, представленных в виде диффузных максимумов с пологими склонами и 3) мелких низкоразмерных группировок атомов с ближним атомным порядком 10–50 Å, проявляющихся в виде диффузного некогерентного рассеяния рентгеновских лучей (сильно размытых диффузных максимумов).
Получение порошков сплавов молибдена с вольфрамом восстановлением оксидных соединений пара́ми магния и кальция
Abstract
Исследован процесс получения порошков сплавов молибдена с вольфрамом восстановлением оксидных соединений Mo0.3W0.7O3, CaМо0.7W0.3O4 и MgМо0.7W0.3O4 парами магния и кальция при температуре 750–880°C и остаточном давлении в реакторе 5–15 кПа. При восстановлении Мо0.3W0.7O3 удельная поверхность порошков сплава Mo–W немного выше, чем порошков смеси металлов, полученных при восстановлении смеси WO3 и MoO3 при аналогичных условиях. При восстановлении соединений CaМо0.7W0.3O4 и MgМо0.7W0.3O4 магнием удельная поверхность порошков сплава Mo–W выше, чем при восстановлении кальцием. Получены порошки сплавов молибдена с вольфрамом с параметрами кристаллической решетки 0.3153 ± 0.0001 и 0.3160 ± 0.0001 нм с удельной поверхностью на уровне 9–22 м2/г. Средний размер кристаллитов сплава, рассчитанный по формуле Шерера, находится в интервале 12–35 нм. Полученные порошки характеризуются мезопористой структурой.
Керамические композиты Si3N4/TiN, полученные методом горячего прессования
Abstract
Методом горячего прессования в атмосфере азота с использованием высокодисперсных порошков Si3N4, Ti и спекающей добавки CaO–Al2O3 получены и исследованы керамические композиты Si3N4/TiN. Установлено, что в ходе горячего прессования происходит азотирование титана с образованием нитрида титана состава TiN0.9. В результате взаимодействия нитрида кремния и спекающей добавки образуется Ca-α-SiAlON состава Ca0.67(Si10Al2)(N15.3O0.7). Кроме основных фаз, регистрируется присутствие алюмосиликата кальция состава Ca3Al2Si3O12. При росте концентрации нитрида титана в композитах, полученных при температуре 1650°C, увеличиваются плотность и микротвердость по Виккерсу: с 3.18 ± 0.03 до 4.33 ± 0.03 г/см3 и с 17 ± 1.1 до 29.4 ± 0.9 ГПа соответственно.
Образование наноструктурированных композитов на основе Li4Ti5O12 при гидротермальной обработке компонентов
Abstract
Наноструктурированные композиты на основе Li4Ti5O12 в форме микросфер, состоящих из хаотично собранных призмоподобных частиц, получены при гидротермальной обработке ксерогелей TiO2 в водных растворах LiOH с последующим прокаливанием продуктов реакции при t ≥ 550°C. Показано, что фазовый состав микросфер, образующихся в процессе гидротермального синтеза, соответствует α-Li2TiO3. По данным элементного анализа, титан и кислород неравномерно распределяются в микросферах. Последовательное прокаливание микросфер при t ≤ 750°C приводит сначала к фазовой трансформации α-Li2TiO3 → β-Li2TiO3, затем к образованию наноструктурированной шпинели Li4Ti5O12 или композитов (Li4Ti5O12/TiO2, Li4Ti5O12/β-Li2TiO3) на ее основе. При этом прокаленные при 750°C микросферы Li4Ti5O12 наряду с основной кристаллической фазой содержат примесные рентгеноаморфные фазы TiO2 (анатаз) и β-Li2TiO3, нерегистрируемые методом рентгенофазового анализа.
Термостимулированная люминесценция вольфрамата кальция с вакансиями кислорода
Abstract
Из первых принципов выполнены квантово-химические расчеты электронной структуры чистого CaWO4 и CaWO4, содержащего кислородные вакансии. Вычисленные значения сравнивали со значениями, полученными из экспериментальных кривых термостимулированной люминесценции. Влияние вакансий и разупорядочения структуры отражается в появлении дополнительных уровней в запрещенной зоне.
Фазовый состав и физико-механические свойства β-сиалонов, полученных с использованием NaF как спекающей добавки
Abstract
Изучено влияние фторида натрия как спекающей добавки для β-сиалонов на фазовый состав и физико-механические свойства Si5AlON7 и Si4Al2O2N6. Показано, что двухстадийный высокотемпературный обжиг β-сиалонов в атмосфере азота с добавлением NaF не приводит к значимым изменениям в фазовом составе образцов. Плотность и микротвердость полученных с добавлением 0.5 и 5.0 мас. % NaF образцов оказываются ниже, чем для образцов без спекающих добавок, однако прочность на изгиб демонстрирует рост на величину до +14.3% для Si5AlON7 при содержании NaF 0.5 мас. % и до +4.9% для Si4Al2O2N6 при содержании NaF 5.0 мас. %.
Теплопроводность монокристаллов твердого раствора Na0.4(Y1 – xNdx)0.6F2.2
Abstract
Абсолютным стационарным методом продольного теплового потока в интервале температур 50–300 K измерена теплопроводность k серии монокристаллов твердого раствора Na0.4(Y1 – xNdx)0.6F2.2 с x = 0–0.5. Температурная зависимость теплопроводности всех исследованных образцов характерна для разупорядоченных материалов. При комнатной температуре теплопроводность твердых растворов низка и составляет k = 1.1–1.4 Вт/(м K).
Синтез и спектральные свойства ап-конверсионных люминофоров La1 – xBWO6:Erx и La1 – x – yBWO6:Ybx,Ery
Abstract
На основе матрицы LaBWO6 получены серии боратовольфраматов лантана (БВЛ), допированных эрбием La1 – xErxBWO6 и содопированных Yb–Er La1 – x – yYbxEryBWO6, которые кристаллизуются в моноклинной сингонии, пр. гр. P21. Синтез проводили керамическим и золь–гель (Печини) методами с последующим отжигом. Исследованы спектрально-люминесцентные свойства синтезированных БВЛ, которые при возбуждении в ближней инфракрасной области люминесцируют преимущественно в зеленой области спектра. Наиболее высокая энергетическая эффективность была получена для состава La0.97Yb0.02Er0.01BWO6 и составила Ben = 0.55%. Показано, что оптимальным для получения люминофоров является золь–гель-синтез (метод Печини). Синтезированные ап-конверсионные люминофоры, обладающие высокой энергетической эффективностью и термостабильностью, могут использоваться для создания источников белого света с накачкой в ближней ИК-области.
Растворимость циркония и рубидия в натриевых алюмоборосиликатных стеклах для иммобилизации радиоактивных отходов
Abstract
В рамках поиска новых вариантов матричных материалов для остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов различного состава и совершенствования способов их применения были синтезированы и изучены образцы матричных материалов системы Na2O–Rb2O–SrO(Ba,Ca)–B2O3–SiO2–Al2O3–ZrO2. Методами электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии для образцов, полученных быстрым охлаждением из расплавов с содержанием рубидия 3.6–4.5 мол. %, зафиксировано формирование однородного стеклообразного вещества, установлены значения концентрации циркония, отражающие его растворимость в стекле, и присутствие равномерно распределенных кристаллов бадделеита, указывающих на избыточное содержание циркония в исходном расплаве. Для образцов с содержанием рубидия 6.7–8.5 мол. % установлено формирование вещества с менее однородной структурой и значительным присутствием цирконий- и рубидийсодержащих кристаллических фаз. На основе сравнения полученных результатов сделан вывод об оптимальном содержании циркония и рубидия в составе радиоактивных отходов при их иммобилизации методом остекловывания с использованием матричных материалов изученной системы.
Контент-анализ данных о термических свойствах фторидных и модифицированных фторидных стекол
Abstract
С использованием контент-анализа и среды программирования Python выявлен ряд закономерностей, определяющих термические свойства фторидных и модифицированных фторидных стекол. Проведена классификация составов по температуре стеклования Tg и разности температур начала кристаллизации Tx и стеклования Tx–Tg. Установлено, что использование правила Каузмана для фторидных и модифицированных другими галогенами фторидных стекол более надежно при использовании соотношения Tg/Tm по сравнению с соотношением Tg/Tl. Изучен качественный характер влияния модификации состава по аниону на характеристические температуры (температуру стеклования Tg, температуру начала кристаллизации Tx, температуру пика кристаллизации Tc, температуру начала плавления Tm и температуру ликвидуса Tl) и критерии устойчивости к кристаллизации (критерий Груби K, критерий Саади–Пуле S, приведенный интервал термической стабильности H, интервал термической стабильности Tx–Tg, приведенные температуры стеклования Tg/Tm и Tg/Tl).
Механические свойства градиентной макропористой кальцийфосфатной биокерамики с заданной архитектурой
Abstract
В работе изучены механические характеристики градиентных макропористых керамических материалов на основе β-Ca3(PO4)2, полученных методом стереолитографической 3D-печати. Показаны возможности использования фотоотверждаемых эмульсий для получения керамических материалов пористостью более 80%, а также возможность регулирования распределения пор по размерам. Получены градиентные керамические материалы с заданным размером пор с использованием трехмерной печати фотоотверждаемых эмульсий на основе трикальциевого фосфата. Описано влияние содержания эмульгатора на средний размер пор в керамическом каркасе заданной архитектуры. Изучено влияние пористости, среднего размера пор и архитектуры трехмерной конструкции на прочностные характеристики макропористых керамических материалов.
Химическая устойчивость фосфата CsZr2(PO4)3 со структурой коснарита в различных средах
Abstract
Фосфат CsZr2(PO4)3 со структурой минерала коснарита получен золь–гель-методом при 900°C. Методом электроимпульсного плазменного спекания получена керамика на основе исследуемого фосфата. Относительная плотность керамики составила 75.5%. Изучена химическая устойчивость керамических образцов в статическом режиме при 90°C в дистиллированной и минеральной водах, а также в слабокислой и слабощелочной средах. Достигнутые минимальные скорости выщелачивания Cs составили ~10–4–10–5 г/(см2 сут). Изучено влияние контактной среды на механизм выщелачивания цезия из керамики CsZr2(PO4)3.
Сцинтилляционный экран на основе высокодисперсного Bi4Ge3O12 для регистрации альфа-излучения
Abstract
Впервые создан тонкослойный детектор альфа-частиц на основе Bi4Ge3O12. Иммобилизация сцинтиллятора на подложке из плавленого кварца осуществлялась при помощи импульсного лазерного облучения слоя порошка BGO с частицами субмикронного размера. Показано влияние режима лазерной обработки на морфологию и кинетические характеристики сцинтиллятора. Полученный материал обеспечивает большую стойкость детектора к воздействию влаги и воздуха по сравнению с коммерческими аналогами при сравнимой или более высокой эффективности детектирования и может быть использован в задачах экологического мониторинга, в т.ч. для измерения объемной альфа-активности.