Синтезированы пористые керамические материалы на основе крупнодисперсного заполнителя Al2O3 с использованием высокодисперсных связующих MgO, SiO2 и SiC методом компактирования при давлениях 20…40 МПа и последующего спекания в интервале температур 1100…1300 °C. Установлено, что при 1100 °C формируется слабо консолидированная структура материала, тогда как при 1200 °C и выше реализуется жидкофазное спекание, обеспечивающее упрочнение каркаса материала с завершением формирования поровой структуры при 1300 °C. Установлено, что повышение температуры спекания с 1100 до 1300 °C увеличивает прочность при изгибе более чем в 3 раза, а рост давления прессования с 20 до 40 МПа обеспечивает двукратное упрочнение при сохранении высокой пористости, газопроницаемости и структурной однородности. Полученные результаты демонстрируют возможность целенаправленного регулирования структурных и эксплуатационных характеристик пористой керамики за счет оптимизации технологических параметров синтеза. Данная работа может быть использована для практического недорогого производства Al2O3-мембран, эффективных в условиях воздействия агрессивных сред и высоких термических нагрузок для процессов микрофильтрации, а также подложек в качестве катализаторов.
Исследованы тонкопленочные керамические покрытия на основе оксида индия-олова и установлен порог перколяционного перехода ?6,8 нм, при котором образуется сплошное токопроводящее покрытие. Проведен систематический анализ эволюции микроструктурных и оптоэлектронных свойств в области перколяционного перехода как в исходном аморфном состоянии, так и после термического отжига при 400 ?C. Показана немонотонная зависимость ширины запрещенной зоны в приближении непрямозонного полупроводника от толщины пленки вблизи перколяционного перехода. Установлена корреляция между морфологией покрытия и смачиваемостью, заключающаяся в скачкообразном изменении контактного угла в области перколяционного перехода. Показано, что рекристаллизация вследствие отжига не смещает порог перколяции, однако значительно улучшает кристаллическое качество и снижает плотность поверхностных дефектов, что подтверждено данными рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии. Результаты исследования позволяют целенаправленно проектировать ультратонкие керамические покрытия с прогнозируемыми оптоэлектронными и микроструктурными свойствами.
Неорганические стеклянные сцинтилляторы представляют собой важный класс материалов для детектирования ионизирующего излучения в медицине, ядерной энергетике, физике высоких энергий и системах безопасности. Несмотря на меньший световой выход по сравнению с монокристаллами, они обладают преимуществами: технологичностью изготовления изделий сложной формы, низкой стоимостью, высокой радиационной стойкостью и возможностью равномерного легирования активаторами. В обзоре систематизированы современные представления о составах, свойствах и ограничениях стеклянных сцинтилляторов, ключевым из которых является тушение люминесценции. Проанализированы внутренние (OH?-группы, концентрационное тушение, структурная неоднородность) и внешние (температура, радиация) факторы, снижающие эффективность. Рассмотрены перспективные матрицы (силикатные, фосфатные, боратные и оксифторидные), роль редкоземельных ионов (Ce3+, Tb3+, Eu3+, Gd3+) и новые подходы: микроволновый синтез, 3D-печать, вычислительные методы. Обзор обобщает достижения и определяет пути создания высокоэффективных стеклянных сцинтилляторов.
Исследован процесс фемтосекундной лазерной сварки литиевоалюмосиликатных ситаллов марки СО-115М. Изучено влияние энергии лазерного импульса (1…10 мкДж), скорости сканирования и глубины фокусировки на геометрические характеристики сварного шва и структурные изменения в материале. Методами оптической и сканирующей электронной микроскопии, а также спектроскопии комбинационного рассеяния показано, что воздействие импульсов с энергией от 2 мкДж и выше вызывает локальную аморфизацию структуры ситаллов. Установлено, что увеличение энергии приводит к росту высоты сварного шва с 130 до 240 мкм, тогда как изменение скорости сканирования в исследованном диапазоне не оказывает значительного влияния. Проведены испытания прочности на сдвиг сварных соединений, выполненных по круговой и спиралевидной траекториям. Показано, что использование спиральной траектории позволяет почти в 3 раза повысить среднюю прочность соединения (до 19,5 МПа) по сравнению с круговой (7 МПа). Полученные результаты демонстрируют перспективность применения фемтосекундной лазерной сварки по спиральной траектории для создания надежных сварных соединений ситаллов.
Рассмотрены подходы к лазерной обработке ультратонкого стекла марки К-208, перспективного для создания стеклянных интерпозеров в 2.5D/3D-микроэлектронике. Обсуждены требования к сквозным отверстиям (TGV) и качеству резки, включая геометрию, аспектное отношение и однородность металлизации. Исследованы возможности двух лазерных методов: сверления с использованием субнаносекундных гребенок фемтосекундных импульсов и резки методом управляемого термораскалывания с помощью CO2-лазера. В экспериментах варьировали энергию и число гребенок импульсов, положение перетяжки пучка, а также параметры CO2-лазера и число проходов. Методом оптической микроскопии проанализирована морфология отверстий и реза. Проведено исследование напряженных областей и прочности образцов на изгиб. Показана принципиальная возможность формирования сквозных отверстий в ультратонкой стеклянной ленте и получения бездефектного лазерного реза. Отмечены факторы, ограничивающие воспроизводимость и прочность, и оценена роль последующей термообработки. Полученные данные могут быть использованы при разработке технологических процессов изготовления стеклянных интерпозеров.
Импактные природные стекла представляют собой аморфные материалы, образовавшиеся в результате высокоскоростных ударов метеоритов о поверхность Земли. Рассмотрены особенности строения высокобарной разновидности импактных стекол Карской астроблемы. Наноструктурные характеристики ударных стекол в диапазоне 1…100 нм исследованы с применением малоуглового рассеяния рентгеновского синхротронного излучения (small-angle X-ray scattering, далее по тексту SAXS). Представлены результаты, демонстрирующие бимодальное распределение наноразмерных неоднородностей. Крупные неоднородности (~60 нм) интерпретированы как нанокластеры, обогащенные Fe и Ti, образовавшиеся в результате ликвации или частичной кристаллизации расплава. Мелкие неоднородности (~10 нм) идентифицированы как поры, возникшие при дегазации расплава в условиях резкой декомпрессии. Анализ кривых SAXS с использованием модели Бекажа выявил иерархическую организацию вещества: элементарные блоки (Rsub ? 4,7 нм) формируют нанокластеры с массовой фрактальной размерностью Dm = 2,6, которые, в свою очередь, образуют крупные агрегаты (Rg > 150 нм). Поверхность пор характеризуется фрактальной размерностью Ds = 2,82, что указывает на их шероховатость и неравновесные условия формирования.
В связи с отсутствием в литературе сведений о прочности гетерогенных триплексов с электронагревающими элементами в данной работе методом центрально-симметричного изгиба изучены их прочностные свойства. Установлено, что способы формирования электронагревающего элемента на поверхности стекла не оказывают значительного влияния на прочностные характеристики композиций.
Для получения кермета Al–Al2O3 с гетерогенной гранульно-слоистой структурой использовали алюминиевый порошок промышленной марки ПАП-2 с чешуйчатой формой частиц и плазмохимический алюмооксидный порошок (ПХАП), состоящий из пластинчатых агломератов (ООО «Кит-Строй СПб»). Порошки ПАП-2 и ПХАП смешивали, производили брикетирование полученной смеси, механическое растирание брикета, прессование заготовок из полученного дисперсного продукта, их термообработку в вакууме (630 °С, 1 ч), калибровку и спекание в вакууме (650 °С, 1 ч). При содержании ПХАП в составе кермета от 3 до 15 масс. % получали материал с плотностью 2,58…2,67 г/см3 и прочностью при изгибе 380…450 МПа. Кермет обладает анизотропией показателей твердости. Максимальные значения твердости HV и HRB достигались при содержании ПХАП – 9 масс. % (HVmax – 1970 и 1460 МПа при нагрузке на индентор 0,25 и 1,00 Н соответственно; HRBmax – 44). Материал может быть использован в качестве легких элементов бронезащиты, износостойких элементов и специального абразивного инструмента.
Приведены результаты исследования физико-химических свойств волластонитового сырья Койташского месторождения Узбекистана. Определены химико-минералогический состав, физико-химические характеристики и кристаллическая структура волластонита. Показано, что волластонит Койташского месторождения является перспективным минерально-сырьевым ресурсом, который может найти широкое применение в керамической и строительной промышленности республики.
Методом твердофазных реакций синтезирована керамика Ba2NaNb5O15 (BNN) и исследованы ее структура и диэлектрические свойства. Рентгеноструктурный анализ подтвердил формирование керамики на основе орторомбической структуры (пр. гр. Cm2m) без образования других фаз. Обнаружена выраженная диэлектрическая аномалия вблизи 450 °C, соответствующая, согласно закону Кюри–Вейса, сегнетопараэлектрическому фазовому переходу первого рода и демонстрирующая умеренно диффузный характер (? ? 1,5). Частотная дисперсия электропроводности согласуется с универсальным степенным законом Йоншера. Значения энергии активации свидетельствуют о том, что перенос заряда определяется термически активированным скачкообразным механизмом, что соответствует модели барьерного прыжка. Полученные результаты, углубляющие понимание диэлектрических свойств и проводящих механизмов в керамике BNN, свидетельствуют также о ее перспективности для применения в качестве сегнетоэлектрического материала, а также для применений в оптоэлектронике.
