ТОМ 97, № 1 (2024)

Исследовано пространственное распределение локального электрического поля (ЛЭП) для различных структурных конфигураций из наночастиц (НЧ) серебра в силикатном и цинк-фосфатном стеклах. Особенности такого распределения определяют эффективность передачи энергии от плазмонных НЧ к расположенным в их окрестности редкоземельным (РЗ) ионам. Механизм передачи энергии через усиление поля, вызванного поверхностным плазмонным резонансом частиц, является доминирующим для НЧ с размером ?5 нм и определяется рядом факторов. Для выяснения их роли изучены зависимости ЛЭП от размера, пространственного распределения и степени агломерации НЧ серебра в стекле. С этой целью предложено наглядное представление пространственного распределения ЛЭП в окрестности агломератов плазмонных НЧ, позволяющее проводить эффективный сравнительный анализ характера усиления поля в местах гипотетического расположения РЗ-ионов. На основе моделирования установлена связь усиления интенсивности ЛЭП, пространственного распределения таких мест усиления относительно ближайшей плазмонной частицы с размером, степенью агломерации НЧ, наличием малых (?5 нм) частиц в образце наряду с относительно большими. Показано, что оптимальной конфигурацией наночастиц серебра в стекле для получения максимального среднего усиления интенсивности поля в точкахвозможного расположения РЗ-ионов является агломерат частиц с размерами чуть больше 25 нм и средними расстояниями между центрами частиц ~30 нм.

Получены стекла на основе цинковомагниевоалюмосиликатной (ZMAS) системы, в состав которых введен оксид натрия (от 1,1 до 7,0 мол. %), и изучено влияние его содержания на стеклообразующую способность и эффективность ионообменной обработки в калиевой селитре. Исследованы зависимости глубины и напряженности приповерхностного слоя стекла от длительности обработки, а также оценены концентрационные изменения в нем щелочных катионов в результате ионного обмена. Установлено, что микротвердость стекол повышается как
с увеличением длительности ионообменной обработки, так и с увеличением содержания натрия. При содержа-
нии Na2O 7 мол. % и длительности обработки 72 ч микротвердость достигает значений порядка 900 HV. Рассмотрена возможность применения ионообменной обработки к ситаллам, полученным из стекла ZMAS, модифицированного оксидом натрия.

На основе суспензии кварцевого стекла с наполнителями из муллита, шпинели, корунда и кварца получены огнеупорные и жаростойкие материалы с крупнопористой, грубозернистой структурой. Исследовано влияние температуры обжига на фазовый состав, структуру, пористость и прочность материалов. Прочность керамики при увеличении температуры обжига до 1300…1400 ?C сначала возрастает, а при 1500…1600 ?C снижается вследствие кристаллизации кварцевого стекла. Наиболее стабильные прочностные характеристики получены для композитов кварцевое стекло–электрокорунд.

Исследованы процессы получения диборида гафния методом карботермического восстановления оксида гафния путем термической обработки в вакуумной печи и установке искрового плазменного спекания.
При термообработке шихты в вакуумной печи порошок диборида гафния получен в интервале температур 1500…1700 °С, однако для него характерно наличие вторичных кристаллических фаз. Монофазный порошок диборида гафния с мелкозернистой равномерной структурой получен с применением метода искрового плазменного спекания при температуре 1500 °С.

В ходе исследования методом электронной микроскопии определены структурные особенности образцов керамического кирпича с минимальным и максимальным содержанием шлака на микро-, макро- и мезоуровне. Методом ртутной порометрии выявлено влияние шлака никелевого производства на снижение количества наиболее опасных пор размером 0,002…0,050 мкм (мезоуровень) керамического черепка, что обеспечивает регулирование формирования поровой фазы в процессе обжига и повышение морозостойкости изделий. Вместе
с тем установлено, что увеличение массового содержания в составе сырьевой шихты шлака, начиная от 5 %, определяет рост объема пор размером более 0,050 мкм (макроуровень) в объеме готового изделия. Это вызывает снижение прочности образцов. Результаты электронной микроскопии образцов с минимальным и максимальным содержанием никелевого шлака подтвердили выявленные структурные особенности композиционного керамического материала на микро-, макро- и мезоуровне и использованы в разработке технологии производства керамического кирпича с добавлением техногенных продуктов никелевого производства.

Проведено исследование возможности получения керамики для микроволновой техники в системе оксидов ZrO2–SnO2–TiO2 твердофазовым синтезом с использованием спекающей добавки – оксида лантана (III). Синтезирована керамика на основе титаната циркония-олова состава Zr0,8Sn0,2TiO4 с добавками 2, 4, 6 мас. % La2O3. Наиболее плотные образцы керамики были получены при температуре обжига 1400 ?С и с содержанием La2O3 в количестве 4 мас. %.