ТОМ 97, № 9 (2024)

Изучено влияние удельной поверхности и концентрации наполнителя на температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) спеченных композитов на основе высокосвинцового легкоплавкого стекла и титаната свинца в целях получения припоечных материалов с аномально низкими значениями ТКЛР. В композитах, содержащих до 55 % порошка PbTiO3 с удельной поверхностью менее 560 см2/г, достигнуты околонулевые значения ТКЛР. Методами оптической микроскопии в комбинации с тестированием двулучепреломления с локальностью порядка 1 мкм исследована микроструктура припоечных композиций.

Исследована стеклообразующая система PbO–Ga2O3 с содержанием оксида свинца более 50 мол. %. Установлено, что введение оксида свинца существенно влияет на структуру стекла. Методами колебательной спектроскопии показано, что PbO существенно сокращает количество мостиковых связей Ga–O–Ga, что приводит к ослаблению стеклянной сетки и доминированию в ней пирамид PbO4. Структурные изменения приводят к значительному изменению физико-химических свойств стекол. Подробно рассмотрены спектральные и оптические свойства стеклообразующей системы PbO–Ga2O3. Стекла обладают широким окном прозрачности (от 0,5 до 7,5 мкм), большим показателем преломления (?2,2) и небольшим числом Аббе (около 12). Разработанные материалы перспективны для применения в оптике и фотонике для приборов инфракрасного диапазона спектра.

Методом твердофазной реакции впервые синтезированы керамические образцы состава Bi2ZnxMn1–xTa2O9,5–?. Установлено, что образцы содержат основную фазу кубического пирохлора (пр. гр. Fd-3m) и примесь BiTaO4 триклинной модификации (пр. гр. P-1), количество которой пропорционально содержанию марганца в образцах. Образование примеси связано с распределением части ионов переходных элементов в катионную подрешетку висмута (III). Параметр элементарной ячейки фазы пирохлора увеличивается с ростом содержания ионов цинка в образцах от 10,4895(5) (х = 0,3) до 10,5325(5) ? (х = 0,7), подчиняясь правилу Вегарда. Показано, что предотвратить образование примеси в образцах можно путем создания дефицита ионов висмута в висмутовой подрешетке на величину, пропорциональную содержанию ?-BiTaO4. Таким способом синтезированы однофазные пирохлоры Bi2–yZnxMn1–xTa2O9,5–?, параметр которых увеличивается с ростом содержания ионов цинка в образцах от 10,4764(5) (х = 0,3) до 10,5122(5) ? (х = 0,7). По данным сканирующей микроскопии образцы керамики характеризуются малопористой микроструктурой с неявными очертаниями границ зерен. С увеличением содержания цинка в образцах пористость препаратов уменьшается. Препараты с дефицитной подрешеткой висмута характеризуются более пористой микроструктурой за счет уменьшения содержания легкоплавкого компонента реакционной смеси – оксида висмута (III).

Керамика в системе Ca2P2O7–Ca3(PO4)2 была получена из порошковых смесей, включающих гидроксиапатит кальция Са10(РО4)6(ОН)2 природного происхождения и монокальцийфосфат моногидрат Ca(H2PO4)2·H2O. В качестве источника гидроксиапатита кальция Са10(РО4)6(ОН)2 природного происхождения использовали порошок рыбьей чешуи с содержанием неорганического компонента 63,5 %. Мольные соотношения Са10(РО4)6(ОН)2/Ca(H2PO4)2·H2O в исходной порошковой смеси, равные 1/4, 3/5 и 2/1, обеспечивали после обжига формирование фазового состава керамики, включающего пирофосфат кальция Ca2P2O7 и/или трикальцийфосфат Ca3(PO4)2. Гомогенизацию компонентов проводили многократным пропусканием порошковой смеси через сито с размером ячеек 200 мкм. Пластическое формование образцов выполняли с использованием этилового спирта в качестве связующего. По данным рентгенофазового анализа (РФА), фазовый состав всех образцов после добавления спирта, формования и сушки включал монокальцийфосфат моногидрат Ca(H2PO4)2·H2O и гидроксиапатит кальция Са10(РО4)6(ОН)2. В фазовом составе образцов также присутствовали монетит CaHPO4 и брушит CaHPO4·2H2O. Фазовый состав полученных высокопористых образцов керамики с относительной плотностью после обжига в интервале 900…1100 ?С – 27…55 % включал ?-трикальцийфосфат ?-Ca3(PO4)2 и/или ?-пирофосфат кальция ?-Ca2P2O7.

Методом шликерного литья получена пористая керамика ?-Al2O3–3YSZ с введением спекающих добавок в виде субмикронных порошков Al2O3 в количестве 15 мас. %, синтезированных методом реакций горения с глицином или мочевиной. После обжига керамики при 1550 ?С доля закрытой пористости керамики составила 14,1…24,0 %. Полученные экспериментальные данные показали линейную зависимость между значением плотности и закрытой пористости корундовой керамики Al2O3–3YSZ. Керамические образцы после обжига при 1550 ?С приобретали относительную плотность от 75 до 85 % при 0,90…1,71 % открытой пористости. Показано, что основное влияние на прочностные характеристики оказывает морфология используемых добавок оксида алюминия, синтезированного методом реакций горения.

Рассмотрены основные виды дефектов в керамических заготовках и причины их возникновения. Представлен сравнительный анализ применения двух материалов при изготовлении сердечников – дюралюминиевого сплава и капролона – и оценено влияние материала пассивной формующей поверхности сердечника на качественные показатели изделий из кварцевой керамики. Установлено, что применение капролона, обладающего водопоглощающими свойствами и не требующего использования смазочных материалов при формовании изделий из кварцевой керамики методом шликерного литья, позволило снизить появление технологических дефектов заготовок до 25 %.

Установлено, источниками каких химических элементов при получении и исследовании высокочистых кристаллических, керамических и стеклообразных материалов для фотоники и электроники могут выступать уличный воздух в весенне-летний период, воздух, загрязненный строительной пылью, различные косметические средства, а также перчатки и протирочные материалы. Даны рекомендации по снижению вероятности загрязнений.