РАЗРАБОТКА И ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ НОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ И КОМПОЗИТОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Целью этапа проекта является получение новых функциональных порошковых материалов и покрытий на их основе со свойствами, превосходящими существующие аналоги. Для решения поставленных в проекте задач осуществлен синтез и модифицирование материалов с использованием различных методов. Установлено, что материал на основе HfIr3B0.45/IrSi с добавкой вольфрама является перспективным для формирования теплозащитных покрытий вследствие более высокой теплоотдачи и стабильного поведения при температурах T > 2000°C в воздушной среде по сравнению с материалом, не содержащим вольфрам. Обнаружено, что при дезагрегации в органической среде нанопорошка алюмо-магниевой шпинели образуются газоплотные агрегаты, содержащие внутри остаточные алкоксигруппы, не позволяющие проводить спекание материала в бескислородной среде, и, как следствие, снижающие прозрачность из-за межзеренного углерода, образованного при разложении этих групп. При получении наноструктурированной шпинели Li4Ti5O12 установлено, что длительная гидротермальная обработка одномерных слоистых наноструктур Na2Ti3O7 в водном растворе LiOH приводит к полному замещению ионов Na+ на ионы Li+. В результате химического взаимодействия компонентов образуется двухфазный композиционный материал Li2TiO3 – Li4Ti5O12 в виде некомпактно агрегированных частиц и одномерных структур, на поверхности которых локализованы индивидуальные наночастицы. Методом квазиравновесного выделения кислорода получены изотермы «lg(pO2) – 3-δ», которые позволили построить фазовую диаграмму и рассчитать зависимость химпотенциала кислорода в оксиде SrCo0.9Ta0.1O3-δ от кислородной нестехиометрии δ. Обнаружена компенсационная зависимость между энтальпией и энтропией кислорода в оксиде. Полученная компенсационная зависимость является разновидностью линейных энергетических соотношений в рядах гомологов. Установлено, что циклирование NaFe3(SO4)2(OH)6/С со структурой ярозита в Li ячейке сопровождается электрохимическим Na/Li обменом с образованием смешанной фазы Na1-xLixFe3(SO4)2(OH)6. В ходе циклирования наблюдается обратимое превращение «кристаллическое-аморфное состояние». При исследовании путей миграции ионов щелочных металлов в структуре моноклинного NaVPO4F, полученного твердотельным синтезом с закалкой, установлено, что в данной структуре возможна миграция только ионов Li+. Установлено, что оптимальной солью для циклирования ячеек на основе Na3V2(PO4)2F3 является NaPF6. Подобраны условия, позволяющие значительно сократить необратимую потерю емкости на первом цикле. Показана возможность использования Na3V2(PO4)2F3 в качестве катодного материала с различными анодными материалами в Na и Li электролитах. Разработан способ получения композиционного катодного материала на основе Na3V2(PO4)2F3. При исследовании механохимического взаимодействия в системах Me–Ga (Me = Fe, Cu, Ru, W) установлена стадийность процесса формирования твердых растворов Me(Ga). Показано, что, чем ниже растворимость твердого металла в жидком галлии, тем медленнее идет образование промежуточных интерметаллидов и конечных твердых растворов. Установлена стадийность процесса механохимического восстановления оксидов WO3 и MoO3 магнием. Показано, что в качестве промежуточных соединений образуются вольфрамат и молибдат магния. Конечными продуктами восстановления как простых, так и сложных оксидов являются композиты W/MgO и Mo/MgO. Определены условия кислотного отделения вольфрама и молибдена, при котором формируются частицы W и Mo размером 50-100 нм. Определены режимы предварительной активации в планетарной шаровой мельнице порошковых смесей титана с углеродными нанотрубками (УНТ) состава Ti + 4 мас.% УНТ, позволяющие реализовать самораспространяющуюся реакцию в режиме теплового взрыва. Продукты реакции состоят из смеси титана с карбидом титана. На примере электроискрового спекания механокомпозитов Ti-C-3Cu показано, что перегрев (плавление) материала в области межчастичных контактов в данном процессе консолидации зависит от морфологии частиц. Реакционные смеси Ti-C-3Cu были получены механической обработкой компонентов в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице. Плавление меди при электроискровом спекании не связано с выделением тепла при химической реакции образования TiC, а обусловлено высокими плотностями тока на контактах между частицами, близкими по морфологии к равноосным. Показано, что алюмокремниевые керамические оксидные диафрагмы могут быть модифицированы висмутом в результате их обработки раствором перхлората висмута и восстановлением висмута при обработке раствором натрий боргидрида. Показано, что висмут осаждается из хлорнокислых растворов при добавлении фумаровой кислоты в виде фумарата висмутила состава (BiO)2C4H2O4, а при добавлении малеиновой кислоты – в виде оксомалеата состава (BiO)2C4H2O4∙3,5H2O. Оксомалеат висмута может быть использован для получения оксида висмута моноклинной модификации и металлического висмута наноразмерного диапазона.