ТОМ 98, № 8 (2025)

Представлены результаты исследования, посвященного разработке метода лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (ЛИЭС) для контроля однородности химического состава оптических стекол. Разработан количественный метод исследования распределения свинца по площади поверхности образцов в свинцово-силикатных стеклах на основе ЛИЭС. Оптимизированы параметры воздействия лазерного излучения на поверхность свинцово-силикатных стекол (энергия импульса, частота повторения лазерных импульсов, длина волны лазера, задержка между импульсом и регистрацией аналитического сигнала). Установлен минимальный шаг сканирования химического состава по площади поверхности образца, равный 300 мкм.

Методом спекания получены композиционные керамические материалы на основе нанопорошков SiO2–Al2O3–ZrO2 и исследованы их свойства. Перед спеканием порошки были подвергнуты механоактивации на планетарной шаровой мельнице с использованием диоксидциркониевых шаров в качестве размольных тел. Активированные порошки были спрессованы под давлением прессования 50, 100, 200 и 300 МПа. Консолидирование производилось в атмосферной высокотемпературной печи при 1700 ?. Поверхность спеченных объемных образцов была исследована с помощью растрового электронного микроскопа. Элементный анализ позволил установить закономерности распределения химических элементов. Установлено, что во всех исследуемых образцах наблюдается формирование двух фаз – Al6Si2O13 и ZrSiO4. Определена пористость образцов и установлена зависимость данного параметра от прикладываемого давления прессования. Исследованы механические свойства образцов с помощью наноиндентирования: твердость индентирования и модуль упругости, а при проведении скретч-тестирования установлены пределы прочности на изгиб исследуемых образцов. Трещиностойкость образцов определяли методом индентирования с использованием зависимости Маршала–Эванса. Определено влияние соотношения исходных компонентов и прикладываемого давления прессования на физико-механические свойства полученной композитной керамики.

Представлены результаты исследований борофосфатных стекол, содержащих добавку соли FLiNaK – эвтектической смеси фторидов щелочных металлов состава 46,5 мол. % LiF–11,5 мол. % NaF–42 мол. % KF, – как одного из видов радиоактивных отходов от разрабатываемых жидкосолевых ядерных реакторов. Полученные стекла демонстрируют высокий процент включаемости FLiNaK, достигающий 20…25 масс. %, и сохраняют однородную аморфную структуру с равномерным распределением элементов по объему. Начиная с содержания FLiNaK 25 масс. % стекла кристаллизуются с образованием фазы эльпасолита K2NaAlF6. По данным рентгенодифракционных исследований, в зависимости от содержания фторидов в стекле обнаружены определенные закономерности, указывающие на наличие корреляции между преобразованием локальной структуры стекла и формированием кристаллической фазы, что в дальнейшем будет исследоваться более подробно. Исследования химической и механической стабильности полученных стекол с содержанием FLiNaK не более 20 масс. % свидетельствуют о том, что эти стекла удовлетворяют нормативным требованиям к стекольным матрицам, применяемым для иммобилизации радиоактивных отходов. При этом на зависимости этих свойств от содержания FLiNaK обнаружено наличие экстремума, приходящегося на значение 7 масс. % FLiNaK, однако каких-либо корреляций со структурными изменениями не выявляется.

Получены кремнеземные адсорбенты с органосилсесквиоксановыми фрагментами, имеющие в своем составе органические радикалы, для использования в процессе адсорбционного разделения кислородно-аргоновой смеси методом короткоцикловой адсорбции (КЦА). В качестве базовой методики синтеза адсорбентов была выбрана схема золь-гель процесса направленной сополиконденсации смеси реагентов. Материалы исследовали методами термогравиметрии и низкотемпературной адсорбции азота. Представлены результаты исследования их адсорбционных свойств по кислороду и аргону. Наибольшей селективностью в отношении аргона обладал имеющий в своем составе (диэтиламинометил) силсесквиокси-группы образец кремнезема с максимальным значением суммарного объема микро- и мезопор и широким распределением объемов мезопор по радиусам.

Восстановление природных экосистем в настоящее время стало одной из главных задач, требующих неотложного поиска эффективных решений. В связи с серьезным негативным воздействием массового загрязнения на окружающую среду важно активно участвовать в восстановлении этой среды. Наиболее перспективным вариантом рециклинга буровых шламов является синтез эффективных материалов, таких как расклинивающие агенты, шламолиты и керамстены. Кроме того, использование буровых шламов в качестве сырьевых материалов позволит снизить потребность промышленности в природном сырье. Описаны физико-химические исследования буровых отходов. Рассмотрена возможность их использования для синтеза эффективных алюмосиликатных материалов.

Рассмотрены возможность использования отходов обогащения железистых кварцитов КМА и отходов ванадиевого производства для плазменного синтеза марблита и конструктивные элементы плазменной стекловаренной печи. Исследованы эксплуатационные показатели марблита, такие как водостойкость, морозостойкость, микротвердость и фазовый состав. В системе CIE L*a*b* определены цветовые характеристики марблита.

Разработана техническая керамика для мелющих тел, рассмотрено влияние дисперсного оксида на ее основные свойства. Показано, что в качестве глиноземсодержащего компонента использовали отходы катализатора газоперерабатывающей отрасли. Дисперсный оксид алюминия получен из химических реагентов цитратным золь-гель методом. Установлено, что введение нанодисперсного оксида алюминия в количестве 3 масс. % сверх 100 масс. % от общей массы приводит к увеличению коэффициента истираемости, кислотостойкости и прочности разработанной технической керамики.