Высокоэнтропийные керамики, синтезированные методом нагрева быстрыми электронами на воздухе: механизм синтеза, микроструктура, свойства

Проект направлен на разработку научных основ эффективных методов получения высокоэнтропийной оксидной керамики (ВЭОК) методами нагрева на воздухе быстрыми электронами (БЭ) с энергией 0,8 – 2,5 МэВ, мощностью до 90 кВт и плотностью мощности до 100 кВт/см2. Синергетический эффект от воздействия высокой температуры и ионизации реакционных смесей (РС) обеспечит протекание процессов синтеза с высокой эффективностью за короткое время. Объектами исследования будут РС порошков: 1 - Yb2O3; Lu2O3; Eu2O3; Er2O3; Al2O3; 2 - CaTiO3; SrTiO3; BaTiO3; PbTiO3; La2O3; TiO2, предназначенные для получения новых и перспективных сверхвысокотемпературной ВЭОК (Y0.2Yb0.2Lu0.2Eu0.2Er0.2)3Al5O12 и ВЭОК со структурой перовскита (Ca0.2Sr0.2Ba0.2Pb0.2La0.2)TiO3 соответственно. Однородность РС будет достигаться обработкой в планетарном активаторе AGO-2C. Спекание керамики будет проводиться методом SPS. В ходе выполнения проекта будет изучено влияние продолжительности механической активации на формирование фазового состава и микроструктуры РС и исследован синтез указанных типов ВЭОК в зависимости от условий предварительной механической обработки РС, типа пучка (постоянный или импульсный), величины ускоряющего напряжения ускорителя, плотности мощности пучка и времени обработки БЭ. На первом этапе предлагаемого проекта будут получены образцы ВЭОК по традиционному методу. Будет изучено влияние продолжительности механической активации на формирование фазового состава и микроструктуры РС, отработаны технологические режимы синтеза в объеме печи сопротивления и спекания керамик методом SPS. Образцы и режимы будут использованы для проведения сравнительного анализа традиционного термического и предлагаемого метода синтеза ВЭОК, а также образцов ВЭОК, изготовленных из порошков, полученных обоими методами синтеза. На ускорителе БЭ будут разработаны методики контроля температуры при насыпной плотности РС, отработаны режимы нагрева РС до температуры синтеза в режиме сканирования пучка в плоскости нагреваемого порошкового материала. На последующих этапах будут отработаны технологические режимы синтеза методом нагрева БЭ на воздухе высокотемпературной ВЭОК (Y0.2Yb0.2Lu0.2Eu0.2Er0.2)3Al5O12 и ВЭОК со структурой перовскита (Ca0.2Sr0.2Ba0.2Pb0.2La0.2)TiO3, проведены исследования механизмов синтеза, микроструктуры и свойств керамик, изготовленных из синтезированных разными методами материалов. Будет проведено сравнение традиционного термического метода синтеза с предлагаемым и свойств получаемых керамических материалов. Синтез сложнооксидной керамики, в том числе ВЭОК, традиционным методом представляет собой многоступенчатый процесс, характерной особенностью которого является высокая длительность, сложность в достижении монофазности керамического продукта. Этот метод является высокозатратным как по стоимости, так и по времени. Существенно улучшить данные показатели в проекте предлагается за счет применения метода синтеза нагревом БЭ на воздухе. Новизна проекта и актуальность проблемы состоит в разработке научных основ эффективного метода синтеза ВЭОК под воздействием БЭ на воздухе. Высокая эффективность предлагаемого метода по сравнению с традиционным методом синтеза нагревом в печи сопротивления достигается за счет синергетического эффекта одновременного воздействия на РС высокой температуры и ионизации реагентов. Это позволит получить за короткие времена (секунды!!!) без посторонних примесей ВЭОК с высокой однородностью фазового состава. В результате эффективность и трудоемкость процесса синтеза, качество керамических материалов будут существенно улучшены. Работа над проектом будет проводиться в сотрудничестве с учеными ИЯФ СО РАН, г. Новосибирск на «Стенде ЭЛВ-6», входящем в состав объекта инфраструктуры, принадлежащего ИЯФ СО РАН. В целом в ходе реализации проекта будут разработаны научные основы метода синтеза в пучке БЭ широкого класса сложнооксидных керамических материалов, включая ВЭОК.