Тема 45.2. Теоретические и экспериментальные исследование гидридных, боридных, керамических материалов, обладающих заданными физико-механическими и электрофизическими свойствами, в том числе, получаемых окислительным конструированием тонкостенной керамики

Кн. 1 Результаты по разделам1-6: Прямой карбидизацией металлического проката (титан, цирконий, ниобий) в атмосфере смеси газообразных аргона и этилена синтезированы компактные керамики эквиатомного состава заданной формы. 2. Разработана технологически простая методика химического получения каталитически активного, тонкого, прочного и равномерного покрытия из аморфного черного титаната K предположительно моноклинной структуры ( K2Ti8O17) на поверхности образцов из сплавов ВТ1-0 и ВТ-20. Усовершенствован метод получения и состав катализатора Pd-MnO2-CeO2-γ-Al2O3 на блочном керамическом носителе для очистки воздуха от озона для авиации. Метод внедрен на ОП ИМЕТ РАН с выпуском полноразмерных образцов катализатора для натурных испытаний. 3. Разработаны физико-химические основы и практические приемы синтеза прозрачной керамики на основе Y2O3:Yb(Nd), и (Y,Nd)3Al5O12 (ИАГ:Nd) и эскизный проект технологического регламента получения прозрачных керамических материалов на их основе, в том числе модифицированных оксидом скандия, неодимом и иттербием. 4. Методом гелевого литья (гель-кастинга) получены образцы керамики на основе ZrO2 с добавками 5 — 15 % масс. нитевидных кристаллов Al2O3.Подобран оптимальный режим спекания образцов.5. Геометрически сконструированы, вплоть до пространственных групп и координат атомов, сотни кристаллических структур новых возможных форм бора и высокобористых соединений, а так же рассчитаны кристаллографические параметры, позволяющие вычислить дифрактограммы сравнения для их идентифицикации. 6. Получены высокодисперсные активные к спеканию золь-гель порошки сложного состава LaMO3 (где: M – Ni, Fe, Co) c легирующими добавками и показана возможность снижения температуры синтеза при использовании разрабатываемой золь-гель технологии. Кн. 2. Экспериментально показано, что хрупкое разрушение сварного шва происходит преимущественно по цепочкам крупных зерен зернограничного феррита с неблагоприятной ориентацией плоскостей скола {001}. Показано влияние на величину ударной вязкости размера зерен бывшего аустенита, кристаллографической текстуры, неметаллических включений и межзеренного разрушения. Установлено, что, увеличив с помощью определенных дисперсных неметаллических включений долю игольчатого феррита в микроструктуре сварного шва до 97% и уменьшив при этом долю зернограничного феррита, удается существенно повысить уровень ударной вязкости и хладостойкости сварного шва. На образцах имитированной грубозернистой области околошовной зоны микролегированной стали установлен механизм уменьшения негативного эффекта частиц TiN при их дезактивации в качестве очагов скола до достижения уровня ударной вязкости близкого к основному металлу. В ходе многолетнего исследования некоторых малоизученных граней микроструктуры и свойств изучаемых сталей и их электросварных соединений, используя передовую методологию, получили новые экспериментальные результаты и углубили представления о микроструктуре и механизмах разрушения низкоуглеродистых низколегированных сталей. Результаты используются в промышленности, а также наметили пути дальнейшего повышения вязкости и хладостойкости. Кн. 3. Разработана модель капиллярного транспорта кислородных пузырей в диффузионно-пузырьковых мембранах, которая также может быть успешно реализована в инновационных устройствах, таких как пузырьковые генераторы энергии, пузырьковые микророботы и микромоторы, доставка лекарств и др. Создан энергоэффективный элемент на основе расплавно-оксидного электролита Bi2O3 – 0.1 мас.% B2O3 для электрохимического генератора высокочистого кислорода (99,999%), востребованного в производстве микро- и наноэлектроники, биотехнологии, биомедицине и других областях науки и техники. Энергоэффективность (31 см3 мин-1 Вт-1) этого элемента на порядок величины выше, чем у аналогов, основанных на керамических электролитах SDC, YSB, ESB, DWSB. Разработан оригинальный способ синтеза нанокомпозитов “бескислородный графен–оксид циркония или церия” широкого спектра назначения (катализ, сенсорика, электрохимические устройства и др.). Получены, на основе оксида церия, нанодисперсные катализаторы с повышенной каталитической активностью в окислительных процессах (парциальное окисление метана и др.). Кн. 4. 1. Изучено взаимодействие алюминатов кальция с порошками Si3N4 и установлены условия спекания нитридкремниевой керамики методом горячего прессования. Показано, что образование Ca-SiAlONа в результате взаимодействия добавки с Si3N4, обеспечивает снижение температуры обжига до 1550-1650оС и формирование керамических композитов Si3N4 - Ca-SiAlON(5-50%) с характеристиками, соответствующими мировым аналогам (микротвердость HV =23,280,6 ГПа, плотность не менее 3,13 г/см3(отн.= 97,4 %), коэффициент линейного расширения L (25-1500оС) = 8,1*10-6 град-1. 2. Методом контактного взаимодействия в интервале температур 1000 - 1860˚С изучена специфика взаимодействия реакционно-спечённых керамических образцов SiC с оксидной композицией Al2O3−(t+m)ZrO2(Y2O3). Показано, что взаимодействие оксидной композиции с подложкой из SiC происходит в интервале температур 1720 – 1860 °С и сопровождается её расплавлением и проникновением (пропиткой) в подложку. Установлено, что в области контакта, помимо фаз 6H-SiC, Si и Al2O3, t-ZrO2, являющихся исходными компонентами подложки и оксидной композиции, образуются вторичные фазы ZrС, Al2Y4O9, Al3,21Si90,47 вследствие ряда окислительно-восстановительных реакций с участием оксидного расплава и оксида углерода. 3. С целью разработки методов синтеза α- и β-сиалонов различного состава, исследованы условия формирования Ca-α-сиалонов с использованием золь-гель метода исходя из SiO2, CaCO3 и Al(NO3)3 и с применением органических полиосновных кислот и полиспиртов в качестве стабилизаторов. Показано влияние борной кислоты в качестве спекающей добавки на фазовый состав и физико-механические свойства β-сиалонов состава Si6–zAlzOzN8–z. Выполнен синтез и изучены люминесцентные свойства оксонитрида алюминия, легированного 3d-металлами: γ-AlON:Co, γ-AlON:Ti, γ-AlON:V.