КОПИЯ - Направленный синтез полифункциональных керамических материалов, обеспечивающий повышенные теплофизические характеристики

Объект исследования - новые соединения и твердые растворы каркасного строения, кристаллизующиеся в структурных типах минералов коснарита, лангбейнита, тридимита, маричита, эвлитина и вольфрамата скандия: AₓE₂,₂₅₋₀,₂₅ₓ(PO₄)₃ (x = 0, 1 и 5) и A₁₋ₓA"ₓE₂(PO₄)₃ (0 ≤ х ≤ 1; A, A" - щелочные элементы, E = Ti, Zr, Hf), M₀,₅₊ₓM"ₓE₂₋ₓ(PO₄)₃ (0 ≤ х ≤ 2; M и M" - одинаковые или разные катионы в степени окисления +2), M₀,₅(₁₊ₓ)FeₓTi₂₋ₓ(PO₄)₃ (0 ≤ х ≤ 2), AMₓMg₁₋ₓPO₄ (0 ≤ х ≤ 1), A₅/₃MgE₄/₃(PO₄)₃ и AMMgE(PO₄)₃, AZr₂(TO₄)ₓ(PO₄)₃₋ₓ (0 ≤ х ≤ 3; T = As, V), M₀,₅Zr₂(AsO₄)₃, NaFeZr(PO₄)₂SO₄, Pb₂/₃FeZr(PO₄)₇/₃(SO₄)₂/₃, ASr₂Eu(PO₄)₂SO₄, NaBa₆Zr(PO₄)₅SO₄, Pb₂Mg₂(PO₄)₂SO₄, BaₓSr₄₋ₓ(PO₄)₂SO₄. Цель исследования - формирование стойких к тепловым ударам керамик заданного химического, фазового и гранулометрического состава с плавно меняющимися теплофизическими характеристиками, в том числе с ультрамалым тепловым расширением, на основе разрабатываемого прогностического механизма теплового расширения сложных и смешанных фосфатов каркасного строения. Исследования выполнены в температурном интервале, нижний предел которого близок к 0 K, верхний - 1500 K. Образцы охарактеризованы с использованием методов рентгенографии, электронно-зондового анализа, ИК-спектроскопии, дифференциального термического анализа. В рядах сложных и смешанных фосфатов направленно изменяются размерные характеристики каркасных структур и свойства керамик. Изучение кинетики и механизма спекания материалов со структурой коснарита и тридимита с добавками оксидов и хлоридов металлов позволило приготовить керамики с плотностью до 99% от теоретической. Измеренные теплофизические свойства керамик - температурная зависимость теплоемкости, тепловое расширение и теплопроводность - позволили рассчитать и показать возможность снижения температуры их синтеза. Корреляции между изменением параметров элементарных ячеек и параметров теплового расширения фосфатов со структурой коснарита свидетельствуют, что тепловое расширение каркаса близко к нулю, а общее тепловое расширение определяется количеством и ионными радиусами находящихся в полостях каркаса атомов, их распределением по кристаллографическим позициям. Эти положения позволили установить эмпирические закономерности терморасширения структуры коснарита, провести обоснованный выбор составов и получить керамики, обладающие регулируемым, в том числе минимальным объемным, при близкой к нулю анизотропии, тепловым расширением.