Методом импеданс-спектроскопии исследованы электрические свойства сложного оксида Bi2Сu0,25Ni0,75Ta2O9 со структурой пирохлора (пр. гр. Fd-3m, 10,5200(5) ?), синтезированного твердофазным методом. Пористая микроструктура керамики сформирована частично оплавленными зернами округлой формы с продольным размером 1…2 мкм. Проанализированы годографы импеданса и смоделированы электрические схемы, описывающие поведение образца при повышении температуры. Энергия активации сквозной проводимости образца практически не зависит от температуры и принимает значение 0,466(5) эВ, характерное для полупроводников. Диэлектрическая релаксация для образца не обнаружена. Для описания электрического поведения образца предложена модель биполярной проводимости.
Одним из основных недостатков серобетона является образование дефекта в виде трещин при остывании в металлических пресс-формах. Предлагаемый способ последовательного введения компонентов и контроль температуры на всем этапе смешивания смеси основаны на проведенных ранее исследованиях, которые показали, что главными факторами, определяющими прочность образцов при сжатии, являются как сама сера, так и ее взаимодействие с мелкодисперсным наполнителем, а также его прочностные свойства. Исследовано влияние технологических факторов и способов подготовки минеральных компонентов на прочность серобетонных образцов. Для приготовления серобетонных образцов использовали молотую техническую серу производства ООО «Каспийгаз», природный цеолит Кемпендяйского месторождения, отходы дробления карбонатных пород Сасаабытского месторождения. Для проведения экспериментальных исследований приготовлены композиции следующего состава: молотая сера – 30 масс. %, тонкодисперсный порошок цеолита – 5 масс. % и отсев известнякового щебня – 65 масс. %, с применением трех способов приготовления минеральных компонентов. Для смешивания использовали разработанный смеситель принудительного действия, который обеспечивал верхнюю загрузку сырьевых материалов и выгрузку готовой серобетонной смеси. Определение прочности на сжатие серобетонных образцов проводили на испытательной машине ИП-1А-1000, структурные исследования образцов – на растровом электронном микроскопе высокого разрешения JEOL JSM-6480LV. Предложена схема смесительной установки, которая позволила оптимизировать многопараметрические этапы приготовления смеси для изготовления серобетонных образцов за счет особой формы лопастей и их расположения на вращающемся валу. Благодаря равномерному подогреву смеси обеспечивается качественное смешивание ингредиентов с получением однородной технологичной смеси, свойства которой в любом отдельном объеме являются одинаковыми. Выбран способ, позволяющий изготовить серобетонные образцы без дефектов и повысить их прочность при сжатии на 17 %.
Исследованы физико-химические и биологические характеристики биостекла 45S5 в условиях его взаимодействия с буферным раствором, имитирующим биологическую среду. Основное внимание уделено изучению биодеградации и динамики изменения кислотно-щелочного баланса модельной среды. Подтверждено, что эффективность применения материала в биомедицинских целях определяется размером используемых частиц. Исследована проблема точного разделения на фракции и дан сравнительный анализ двух методов пробоподготовки образцов к исследованию: мокрого и сухого просеивания. Установлено, что мокрое просеивание способствует удалению мелких осколков с поверхности крупных фракций и снижению влияния материала на локальное защелачивание среды. На клетках асцитной аденокарциномы Эрлиха показано, что цитотоксический эффект обусловлен химическим некрозом, вызываемым щелочной средой, локализованной у поверхности частиц биостекла. Сделан вывод о том, что материал обладает потенциалом для применения в области адъювантной терапии злокачественных новообразований. Полученные данные имеют важное значение для разработки новых биомедицинских имплантатов и терапевтических систем.
Титанат кальция и меди (CaCu3Ti4O12/CCTO) вследствие его колоссальной диэлектрической проницаемости и температурной стабильности является перспективным материалом для множества применений в качестве датчиков, конденсаторных диэлектриков и т.д. Однако, керамика CCTO имеет высокий тангенс угла потерь (обычно tg? > 0,1 для чистого CCTO). Предпринимались многочисленные попытки снизить tg? при сохранении высоких значений относительной диэлектрической проницаемости ?r > 10 000. Эта проблема была отчасти решена путем легирования, что делает производство керамики CCTO более сложным и дорогостоящим. Предложен подход к снижению tg? при сохранении высоких значений ?r за счет снижения температуры твердофазного синтеза и оптимизации процессов измельчения и прокаливания. Материалы исследованы с помощью рентгеноструктурного анализа. Преобразование микроструктуры керамики выявлено с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ); ?r и tg? определены емкостным методом на частотах 1 кГц, 100 кГц и 1 МГц. Впервые получена чистая керамика CCTO с ?r = 10821 и tg? = 0,051 при частоте 1 кГц. Представленный подход к изготовлению позволяет регулировать диэлектрические свойства керамики CCTO.
Исследовано влияние карбида кремния на микроструктуру, фазовый состав и механические свойства композитов Al2O3–ZrB2. Установлено, что в двухкомпонентном композите Al2O3–ZrB2 при спекании образуется фаза алюмобората Al18B4O33 (6 об. %), препятствующая уплотнению. Пористость достигает 8 %, потеря массы – 24 %, прочность на изгиб – 300 МПа, трещиностойкость – 4,2 МПа·м1/2. Введение SiC предотвращает образование алюмобората за счет реакции с поверхностным B2O3, приводящей к формированию тугоплавкого SiO2 и алюмоборосиликатной жидкой фазы. Трехкомпонентный композит Al2O3–ZrB2–SiC достигает плотности ?98 % от теоретической, прочности – 450 МПа, твердости – 19,1 ГПа и трещиностойкости – 5,5 МПа·м1/2. Ветвление трещин на зернах SiC и ZrB2 повышает вязкость разрушения.
Синтезированы ранее не описанные в литературе комплексы гексаметилентетрамина (ГМТА) с вольфрамосиликатами состава: Rb5[SiW11O39Fe(ГМТА)]?20H2O, Cs5[SiW11O39Fe(ГМТА)]?6H2O, Rb6[SiW11O39Zn(ГМТА)]?12H2O, Cs6[SiW11O39Zn(ГМТА)]?10H2O со структурой аниона Кеггина, которые изучены методами электронной и ИК-спектроскопии, ядерного магнитного резонанса, термического и рентгенофазового анализа. Электронные спектры поглощения комплексов ГМТА с вольфрамосиликатоферратами в области 270…600 нм указывают на октаэдрическое окружение атомов железа (III), а смещение максимума поглощения 290 нм для Rb5[SiW11O39Fe(H2O)]·10H2O до 310 нм для Rb5[SiW11O39Fe(ГМТА)]·20H2O указывает на изменение лигандов в ближайшем окружении атомов железа и образование комплексов ГМТА с вольфрамосиликатом. Об этом также свидетельствуют результаты ядерного магнитного резонанса растворов синтезированных цинксодержащих соединений в D2O: химический сдвиг протонов 1H метиленовых групп CH2 в ГМТА составляет 4,56 м.д., в комплексе Rb6[SiW11O39Zn(ГМТА)]·12H2O – 4,64 м.д.; для атомов углерода 13C в ГМТА химический сдвиг составляет 71,1 м.д., а в комплексе Rb6[SiW11O39Zn(ГМТА)]·12H2O – 71,2 м.д. По данным термического анализа (ТА), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и рентгенофазового анализа (РФА), продуктами термолиза синтезированных соединений при 650 ? являются фазы со структурой пирохлора и гексагональных вольфрамовых бронз. Изучены каталитические свойства Rb5[SiW11O39Fe(ГМТА)]?20H2O в процессе получения углеродных наноматериалов. Получен гибридный углерод-минеральный материал наноуглерод – WOХ, который охарактеризован методами РФА и электронной микроскопии, обладает высокой электропроводностью и химической стойкостью по отношению к концентрированным растворам кислот. Результаты работы могут быть полезны для низкотемпературного синтеза соединений со структурой пирохлора, гексагональной вольфрамовой бронзы и гибридных углерод-минеральных наноструктур.
Проведено сравнение двух типов покрытий на алюмофосфатной основе с кобальтсодержащим шпинельным пигментом: без волластонита и с его добавкой. Покрытие без волластонита характеризуется изменением цвета с синего на сиреневый вследствие разрушения шпинели CoAl2O4 и образования пирофосфата кобальта Co2P2O7. На поверхности образца наблюдается нарушение целостности покрытия после его температурной обработки при 280…300 °C. Рентгенофазовым (дифрактометр «ДРОН-07») и ИК-спектроскопическим (фурье-спектрометр ФТ-801) анализами установлено, что введение волластонита в состав покрытия стабилизирует шпинель, сохраняет синий цвет и игольчатую структуру волластонита. Наряду с фазами берлинита AlPO4, волластонита CaSiO3 и брушита CaHPO4·2H2O определено наличие аморфного алюмосиликофосфатного полимерного покрытия с однородной структурой. Полученный состав рекомендован для декоративной защиты керамики и бетона.
Статья посвящена определению оптимальных температурно-временных режимов формирования аморфизированных неорганических покрытий для внутренней защиты магистральных трубопроводов. На основе алюмоборосиликатной системы RO–R2O–B2O3–Al2O3–SiO2–TiO2 разработан состав стеклоэмалевой фритты. Методами рентгенофазового анализа и оптической микроскопии исследовано влияние температуры и времени варки шихты (в диапазоне 800…1400?°C) и последующего обжига покрытия (в диапазоне 700…950 °C, выдержка 0,5…3,5?мин) на структуру и качество защитного слоя. Установлено, что полный переход в аморфное состояние и гомогенизация расплава достигаются при температуре варки 1300 °C в течение 30?мин. Формирование сплошного беспористого покрытия с высокой адгезией к стали обеспечивается при температуре обжига 925 °C и выдержке 3,0?мин. Разработанные режимы позволяют повысить эксплуатационную надежность трубопроводов, снизить энергозатраты и продолжительность технологического цикла.
Обобщен опыт получения порошков молотого шамота улучшенного зернового состава с использованием двухпродуктовой ударно-центробежной мельницы. Показано, что формирование плотной упаковки частиц достигается за счет полидисперсных двухфракционных смесей с разрывом размеров фракций около 10 раз. Описана технологическая схема, включающая открытый цикл размола с воздушной классификацией и последующим рассевом на виброгрохоте. Получены две фракции: «тонкий» порошок (?0,06 мм) и «зернистая» фракция (0,3…2,0 мм) в соотношении 1:2 после возврата надрешетного и подрешетного продуктов. Конечный двухфракционный порошок (33,3 % тонкой фракции, 66,7 % зернистой) характеризуется пористостью менее 15 % (коэффициент уплотнения 0,85). Расход электроэнергии составил 22,8 кВт·ч на тонну готового продукта. Обоснована экономическая целесообразность применения двухпродуктовых мельниц для производства шамотных порошков, используемых в керамической и огнеупорной промышленности.
Исследованы борофосфатные стекла с добавлением от 0,5 до 1,5 мол. % фторидов редкоземельных металлов (РЗМ) LnF3 (Ln = La, Ce, Nd), рассматриваемых в качестве имитаторов радиоактивных отходов от разрабатываемых жидкосолевых ядерных реакторов. В ходе синтеза образцов обнаружено, что даже при небольших добавках LnF3 (?1,25 мол. % LaF3 или NdF3, ?1,5 мол. % СeF3) происходит образование кристаллической фазы LnPO4, оседающей на дно тигля с расплавом, что сказывается на соотношениях номинального и фактического составов стекол. Образцы стекол, полученные из верхней – гомогенной – области расплава, демонстрируют аморфное строение и равномерное распределение элементов по объему. Температура их стеклования Tg составляет 430 °С и остается постоянной во всем диапазоне рассмотренных составов, однако при введении LnF3 повышается термическая стабильность и существенно изменяется характер процессов кристаллизации. При этом для образцов с СeF3 он отличается от такового для образцов с LaF3 или NdF3, что, по-видимому, связано с частичным переходом Ce3+ ? Ce4+. Анализ локальной структуры свидетельствует о наличии упорядочения в стекле на уровне 2–3-координационных сфер и о неизменности фосфатных группировок при введении LnF3. Одновременно с ростом содержания LnF3 обнаруживается повышение доли 6-координированных ионов алюминия, что связано с встраиванием в его окружение ионов фтора. Следовательно, в окружении ионов РЗМ происходит замещение анионов фтора на кислород, что и обусловливает появление Ce4+. По результатам испытаний химической и механической стабильности показано, что стекла удовлетворяют нормативным требованиям к матрицам для иммобилизации радиоактивных отходов и могут рассматриваться как перспективные матрицы для включения фторидов РЗМ.
