ТОМ 99, № 8 (2026)

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.

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из оксидов алюминия и магния с использованием порошка алюминия в качестве энергетического компонента и нитрата магния в качестве окислителя с применением минерализатора NaCl (1 масс. %) впервые получена алюмомагнезиальная шпинель в субмикронном состоянии в волне горения. Установлено, что добавление 1 масс. % NaCl в состав шихты значительно повышает степень превращения продуктов реакции, способствует формированию целевой кубической фазы шпинели, снижает содержание побочных оксидов (MgO, Al2O3) и устраняет фазу ?-Al2O3 (в пределах чувствительности рентгенофазового анализа (РФА)). Методами РФА, ИК-Фурье спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной спектроскопией (СЭМ-ЭДС) подтверждено формирование упорядоченной структуры шпинели и наличие нитевидных кристаллов эвтектического состава, растущих по механизму «пар–жидкость–кристалл». Синтезированный порошок характеризуется мультимодальным распределением частиц с доминирующей фракцией в диапазоне 0,8…1,4 мкм, что подтверждено анализом лазерной дифракции.

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.