Формирование высокоустойчивых керамических полифункциональных материалов на основе неорганических фосфатов

Кристаллохимическое «конструирование» новых соединений и твердых растворов из фрагментов известной топологии позволяет целенаправленно синтезировать керамики с плавно меняющимися составами с целью выявления критериев для характеристики соотношения структуры и служебных свойств. Анализ результатов ранее проведенных исследований показывает, что некоторые фосфаты с тетраэдрическими оксоанионами PO4 обладают уникальным сочетанием химической и радиационной стойкости в различных экстремальных условиях, высокой термической стабильностью и стойкостью к термоударам, а также, в ряде случаев, повышенной твердостью и трещиностойкостью. Высокая устойчивость, практически не встречающаяся в других керамических материалах, позволяет применять их: в изделиях, требующих высокого сопротивления термоудару − огнеупорные футеровки и их элементы, арматура для высокоточной пайки, полупроводниковые подложки, оптические скамьи; для решения задач ядерной энергетики − иммобилизация компонентов высокоактивных отходов; в специальной электротехнике − керамические электролиты; химической технологии − селективные катализаторы, матрицы для токсичных промышленных отходов.Целью проекта является разработка термодинамически устойчивых материалов на основе минералоподобных фосфатов с тетраэдрическими оксоанионами PO4, эффективных способов их получения, всестороннее исследование их структуры и свойств. Будет проведено кристаллохимическое конструирование формульных составов фосфатов с тетраэдро-октаэдрическими каркасами из большой группы соединений Metm(PO4)n, где Met = A+, B2+, R3+, E4+. Это позволит предсказать возможность реализации заданных химических составов в керамиках со структурами минерала коснарита, изоструктурного большому классу твердотельных супериоников NASICON, и родственных ему. Особое внимание будет уделено керамикам заданного химического, фазового и гранулометрического состава, содержащим в своём составе лантаниды (моделирующие компоненты высокоактивных радиоактивных отходов). Керамики будут получены с использованием технологии золь-гель синтеза (в виде нано- и ультрадисперсных порошков) и технологии высокоскоростного электроимпульсного плазменного спекания (в виде высокоплотных мелкозернистых керамик). Изучение теплового расширения, теплоемкости и теплопроводности позволит определить термостойкость керамики, допустимую величину колебаний температуры и ее градиентов в изделии при его тепловой обработке в ходе производства или при использовании. Эти данные имеют фундаментальное значение независимо от того, где керамические материалы применяются. Результаты исследования позволят направленно создавать термостабильные высокоплотные керамики с уникальными теплофизическими свойствами: регулируемым, в том числе малым и ультрамалым тепловым расширением при близкой к нулю анизотропии и расширить их ассортимент; изучить термодинамические характеристики; разработать научные основы технологии получения новых многофункциональных материалов с повышенной устойчивостью к разрушающим факторам окружающей среды.