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.
Методами рентгенофазового анализа, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, рентгенофлуоресцентного анализа и лазерной дифракции изучены коммерчески доступные в России реагенты для твердофазного синтеза титаната стронция. В работе использовали карбонат стронция и диоксид титана различной квалификации с содержанием основного компонента: >98 % (Ч), >99 % (ЧДА), ~99,9 % (ХЧ), >99,9 % (ОСЧ). Для усреднения размера частиц исходных порошков и уменьшения его влияния на процесс синтеза получены смеси микронного размера. Независимо от чистоты реагентов при 1100 ? синтезированы однофазные образцы титаната стронция. Из синтезированных порошков получена керамика SrTiO3 спеканием на воздухе при температурах от 1400 до 1500 ? в течение 1, 2 и 4 ч. Исследованы структурные и диэлектрические характеристики образцов керамики в зависимости от квалификации реагентов и условий обжига. Установлено, что наличие примесной фазы SrAl4O7 в случае применения TiO2 с примесью алюминия приводит к снижению плотности (?отн < 80 % при обжиге при 1500 ?) и ухудшению диэлектрических свойств керамики SrTiO3 (tg? > 0,5). Показано формирование закрытопористой структуры в зависимости от температуры обжига в керамике на основе реагентов c примесными элементами Si, P и K. Повышение температуры обжига в случае образцов с закрытой пористостью уменьшает их относительную плотность с 98 до 90 %, но не оказывает существенного влияния на диэлектрические характеристики. Установлено, что относительная диэлектрическая проницаемость керамики SrTiO3 при 1 кГц увеличивается с повышением чистоты TiO2 от 200 до 300. Полученные данные могут быть востребованы при проектировании элементов конденсаторной керамики на основе титаната стронция.
Методом реакционного спекания (силицирования) при 1550?°C получены композиционные материалы в системах SiC–ZrB2 и SiC–ZrC. Исследовано влияние типа исходного соединения циркония на фазовые превращения, микроструктуру и физико-механические свойства. Методами рентгенофазового анализа (РФА), сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионным микроанализом (СЭМ-ЭДС) и дифференциально-сканирующей калориметрии с термогравиметрией (ДСК-ТГ) показано, что ZrB2 химически стабилен в условиях силицирования: основная часть диборида сохраняется, силицид циркония ZrSi2 образуется лишь в незначительных количествах. Это обеспечивает полноценную инфильтрацию пор кремниевым расплавом и формирование плотного композита с прочностью на изгиб 195?МПа. В системе с ZrC уже при 1360?°C возникает жидкая фаза (эвтектика ZrSi2–Si), инициирующая интенсивное силицидообразование на поверхности частиц. Образующаяся плотная корка из силицидов блокирует капиллярный транспорт, оставляя внутренние области рыхлыми и неспеченными. Показано, что ZrB2 перспективен для использования в качестве модифицирующей фазы в композитах на основе карбида кремния, получаемых реакционным спеканием.
Рассмотрена оптимизация технологии гелевой 3D-печати биосовместимых керамических имплантатов на основе композиции агар-агар–желатин–брушит за счет применения функции Linear Advance – алгоритма коррекции давления в экструдере при изменении скорости печати. Биочернила готовили гомогенным смешиванием 2 масс. % агар-агара, 10 масс. % желатина и 30 масс. % синтезированного брушита; печать выполняли на модифицированном гелевом 3D-принтере с прошивкой Marlin 2.0, в которой реализован адаптивный алгоритм Linear Advance. Образцы печатали с K-фактором в диапазоне 0…1,0 при базовой скорости 14 мм/с и температуре экструдера 30 °C; качество оценивали методами оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской компьютерной томографии и компрессионных испытаний. Установлено, что при K = 0 на угловых участках возникают подтеки вследствие инерционности экструзии вязкого гидрогеля, а при K > 0,5…0,6 – переэкструзия из-за избыточной компенсации давления. Оптимальный диапазон K-фактора составил 0,3…0,4: достигается полное устранение дефектов, равномерная толщина стенок и геометрическая точность модели при сохранении микроархитектуры и фазового состава биоматериала. Предел прочности на сжатие образцов с 20 масс. % брушита достиг 9,92 МПа, что более чем в 2 раза превышает значение для матрицы без наполнителя.
Изучен процесс получения микроигольчатого порошкообразного ZrO2 из водного раствора оксохлорида циркония, а также диоксида циркония, допированного оксидами Y2O3 и CeO2. Химический и фазовый составы установлены с помощью совокупности физико-химических методов. Получены частицы-иголки длиной 100…200 мкм, сечением порядка 1 мкм. Порошки востребованы при микроармировании специальных сплавов и изготовлении «легкой» и высокопрочной керамики.
Исследована возможность получения неорганических пигментов зеленого цвета с одновременным наличием люминесцентных свойств в процессе термической обработки отхода химической промышленности – фосфогипса. Показано, что в результате частичного восстановления сульфата кальция формируется материал, содержащий в основном сульфид кальция, а также сульфат и хромит кальция. Установлено, что при освещении дневным светом полученный материал окрашен в тростниково-зеленый (RAL 6013) цвет, при освещении УФ-излучением образцы светятся в сине-голубом диапазоне с максимумом длины волны излучения 480…490 нм. Показана зависимость интенсивности люминесценции от содержания катионов меди (II) в образцах, максимальная интенсивность люминесценции установлена для составов, содержащих 9 ммоль катионов меди (II). Изученные закономерности позволяют получать цветные неорганические пигменты с одновременным наличием люминесцентных свойств с использованием в качестве исходных веществ фосфогипс – отход химической промышленности.
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.
