Vol 59, No 2 (2023)

Исследованы свойства образцов твердого раствора Bi_0.5Sb_1.5Te₃ р-типа проводимости, полученных горячим прессованием, экструзией и искровым плазменным спеканием порошков, приготовленных спиннингованием расплава и измельчением слитка в вихревой мельнице до частиц порядка сотен микрон и частиц меньше сотен нанометров (механоактивацией). Порошки и сколы образцов изучены на оптическом и растровом электронном микроскопах. Порошки, полученные спиннингованием расплава при оборотах диска 3000 и 5500 об./мин, имели форму пластин толщиной в десятки микрон, состоящих из фрагментов толщиной от единиц до сотен нанометров. Микроструктурный анализ показал присутствие во всех образцах небольшого количества теллура, что подтверждено и результатами микрорентгеноспектрального анализа. Измерены термоэлектрические параметры: коэффициент Зеебека, удельная электропроводность и теплопроводность при комнатной температуре и в интервале 100–700 К. Рассчитаны решеточная составляющая теплопроводности и коэффициент термоэлектрической добротности ZТ. Максимальное значение ZT = 1.0 ± 0.1 при 380 К достигнуто для образцов, полученных искровым плазменным спеканием и горячим прессованием порошков, приготовленных спиннингованием расплава и механоактивацией соответственно.

В условиях непрерывного, а также изотермического нагрева изучены процессы низкотемпературного (до 1270–1450°С) фазообразования при алюминотермическом восстановлении титана из TiO₂ различных модификаций: стабильного рутила и метастабильного анатаза. Методами термического и рентгенографического анализов изучены взаимодействия реагентов при мольных соотношениях TiO₂/Al, равных 0.23 и 0.43. Показано, что при непрерывном нагреве порошков анатаза с алюминием (TiO₂/Al = 0.43) процесс восстановления начинается при температуре 943 и до 1270°С протекает неполно с образованием интерметаллида Al₃Ti и Al₂O₃, а также промежуточных оксидов титана (Ti_0.78O_0.937, (Ti_0.99Al_0.01)₂O₃). Увеличение расхода алюминия в смеси (TiO₂/Al = 0.23) повышает степень восстановления титана, что проявляется в увеличении в продуктах восстановления количества интерметаллидов (Al₃Ti, Al₂Ti, Al_1.1Ti_0.9, AlTi₃) и в снижении промежуточных оксидов титана. Установлена слабая реакционная активность рутила, при нагреве которого до 1450°С в смеси с алюминием образуется, наряду с небольшим количеством Al₃Ti и AlTi₃, множество промежуточных оксидов титана. Полученные результаты подтверждены нагревом смесей анатаза и рутила с алюминием в изотермических условиях (1400°С, 60 мин). Выявлена область (622–913°С) полиморфного превращения анатаза в рутил при нагреве в потоке аргона. Установлено, что в процессе восстановления расплавленный алюминий ингибирует фазовый переход анатаза, сохраняя его повышенную, в сравнении с рутилом, реакционную способность.

Покрытия систем Zr–B–Si–C–Ti и Zr–B–Si–C–Ti–N впервые были получены методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения в остаточной атмосфере аргона и азота. Покрытие Zr–B–Si–C–Ti характеризуется аморфно-нанокристаллической структурой. Нанокристаллиты формировались в системе Ti–B–C, а аморфная составляющая структуры образована фазами Zr–B–C и Si–C. Покрытие второй системы имеет преимущественно аморфную структуру (степень аморфизации ~85–93%), которая формируется на основе нитрида титана с наличием связей Ti–B и Ti–C, карбоборнитрида (Zr_x(C,N,B)_y), борида циркония и карбонитрида кремния.

Сообщается о синтезе наноразмерных частиц полуторного оксида тербия (Tb₂O₃) методом лазерной абляции твердой мишени в потоке двухкомпонентной сварочной смеси 95% Ar + 5% H₂ с использованием волоконного иттербиевого лазера со средней мощностью 300 Вт. Исследованы морфологические и структурные особенности полученного нанопорошка, его термическое поведение и магнитные свойства, а также динамика уплотнения в процессе нагрева до 1450°C в вакууме. Синтезированные частицы имели форму, близкую к сферической, средний размер 13 нм и моноклинную кристаллическую структуру, необратимое преобразование которой в кубическую структуру с симметрией \(Ia\overline 3 \) достигалось посредством обжига в аргоне или вакууме при температурах около 750 и 1050°C соответственно. С использованием измеренной температурной зависимости удельной намагниченности установлены значения парамагнитной температуры Кюри (θ_p = −11.8 K), постоянной Кюри (C = 11.74 К эме/(моль Э)) и эффективного магнитного момента (μ_eff = 9.69 μ_B/Tb), указывающие на преобладание антиферромагнитного обменного взаимодействия между ионами тербия и на предельно низкое содержание ионов Tb⁴⁺ в нанопорошке. Показана возможность изготовления прозрачной керамики Tb₂O₃ с помощью консолидации предспеченных наночастиц методом горячего изостатического прессования в течение 2 ч при температуре 1450°C и давлении 200 МПа.

Методом нормального отрыва исследована прочность адгезионного контакта в системе стекло Ga_xGe_40–xS₆₀–кварцевое стекло в зависимости от температуры формирования контакта, температуры отрыва и состава халькогенидного стекла. Добавление 1 ат. % галлия в состав стекла существенно снижает адгезию. Дальнейшее увеличение содержания галлия до 8 ат. % приводит к незначительному уменьшению адгезии. Наблюдаемые закономерности объяснены частичной кристаллизацией стекол при нагревании для формирования адгезионного контакта и последующем охлаждении до температуры отрыва. Сформулированы рекомендации по условиям отделения стекол Ga_xGe_40–xS₆₀ от стенок кварцевого реактора.

Прямой карбидизацией циркониевого проката в атмосфере смеси газообразных аргона и этилена синтезирован компактный образец стехиометрического карбида циркония ZrC заданной формы. Формирование керамики происходит в результате взаимодействия металла с газообразным этиленом и при поглощении углерода, образующегося на реакционной поверхности при пиролизе С₂Н₆. Охарактеризована субструктура керамики, дана оценка механических и проводящих свойств ZrC.

Предложен подход к созданию полимеризуемых прекурсоров корундовой и оксинитридной керамики и их использованию в стереолитографическом формировании алюмосодержащей керамики. Исходя из однородности (оптической прозрачности) и легкости фотополимеризации, процента потери массы при термолизе отобраны три прекурсора на основе хлоридов алюминия (безводного и гексагидрата), а также основного хлорида алюминия. Охарактеризовано поведение прекурсоров при обжиге в атмосфере аммиака для синтеза оксинитридной керамики и при обжиге на воздухе для изготовления корундовой керамики из гомогенных прекурсоров. Апробирована стереолитографическая 3D-печать корундовой керамики, в т. ч. с использованием разработанных прекурсоров в виде фотополимеризуемых связок, позволяющих повысить долю оксида алюминия в фотосуспензии.

Методом импедансной спектроскопии исследованы электрофизические характеристики композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с осажденными на его гранулах наночастицами NiO. Это позволило изучить электротехнические свойства ансамбля равномерно распределeнных наночастиц в полимерной матрице. Вычислены значения диэлектрической проницаемости, емкости, тангенса угла диэлектрических потерь полимерного композита. Определены частотные зависимости активной и реактивной компонент комплексной проводимости. Установлено преобладание прыжкового механизма проводимости композита до частоты 1 МГц, который затем сменяется релаксационным. Обсуждается связь структурных особенностей композита с процессами переноса зарядов.