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.
Изучено влияние различных концентраций наночастиц диоксида циркония на прочность и пористость корундовой керамики, полученной из отечественного сырья. Рассмотрено влияние добавки эвтектического состава на эти свойства. Установлено, что введение 20 масс. % твердого раствора на основе диоксида циркония и 5 масс. % эвтектической добавки в системе MnO–TiO2 в матрицу из оксида алюминия дает возможность получить керамику, обладающую пределом прочности при изгибе до 600 МПа.
Представлены результаты получения композитного покрытия Al2O3 на титане методом электронно-лучевой наплавки в форвакуумной области давлений (3…30 Па). Исследована микроструктура, фазовый состав и механические свойства полученного композитного слоя. Методами сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионного анализа и рентгенофазового анализа установлено, что покрытие состоит преимущественно из ?-фазы Al2O3 (82 %), а также содержит ?-Ti и кубический TiO. Средняя микротвердость поверхности достигает 13,6 ГПа, что в 5 раз выше микротвердости исходного титана. Показано, что предварительное обезгаживание порошка электронным пучком обеспечивает стабильность процесса и формирование плотного композитного слоя. Полученные результаты демонстрируют перспективность разработанного метода для создания керамических покрытий на титане.
Методом реакционного спекания (силицирования) карбидокремниевых и алмазных порошков получены монолитные образцы функционально-градиентных керамических материалов, представляющие собой слоистые композиции, связанные по реакционно-диффузионному механизму сплошной карбидокремниевой матрицей. Проведены исследования микроструктуры и физико-механические испытания многослойной керамики на опытных образцах. Экспериментально описаны структурные особенности реакционно-спеченных материалов на основе карбида кремния и «алмаз–карбид кремния» в составе монолитов и многослойных композиций. Даны рекомендации по перспективам применения функционально-градиентных керамических материалов на основе карбида кремния с алмазными частицами в изделиях специального машиностроения.
