ТОМ 99, № 10 (2026)

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.

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.