авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

Российская академия наук

Уральское отделение

Коми научный центр

Институт химии

Сыктывкарский государственный

университет

Российский фонд фундаментальных исследований

Российское химическое общество им.Д.И.Менделеева

КЕРАМИКА

И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ V ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Сыктывкар, 20-27 июня 2004 г.

Сыктывкар, 2004

УДК 546.830 055(02)7 КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ: Тезисы докладов Все российской конференции. – Сыктывкар, 2004. – 236 с. (Коми научный центр УрО РАН).

В сборник включены тезисы докладов специалистов в области исследования ультрадисперсных систем, керамических оксидных и бескислородных мате риалов, композиционных материалов с керамическими и полимерными мат рицами, гибридных органо-неорганических материалов.

CERAMICS AND COMPOSITE MATERIALS: Proceedings of the Russian National Conference. – Syktyvkar, 2004. – 236 p. (Komi Science Centre, UrB RAS).

Редакционная коллегия к.х.н. Б.Н.Дудкин, к.х.н. Ю.И.Рябков, к.г.-м.н. В.Э.Грасс ISBN 5-89606-201-X © Коми научный центр УрО РАН, ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ В.Н.Анциферов. Высокопористые ячеистые материалы – новый класс носителей каталитических систем.

В.Ф.Балакирев. Диаграммы состояния, образованные оксидами марганца и 4f-элементами (La57–Lu71) и Sc21, Y39.

А.Л.Ивановский. Новый бескислородный сверхпровод ник MgCNi2 и родственные керамики – синтез, свойства, моделирование.

Д.Г.Клещев. О механизме фазовых и химических пре вращений в труднорастворимых оксидных дисперсных системах.

С.Н.Кульков. Керамика на основе нанопорошков оксидов.

Г.Д.Семченко. Синтез новообразований при термообра ботке в азотной среде и при ГП шихт из SiC и Si3N4 с ис пользованием золь-гель композиции.

Н.Ф.Солодкий. Нетрадиционные виды минерального сырья Урала для керамической промышленности.

Н.В.Чежина. Керамические материалы на основе окси дов со структурой перовскита. Влияние допирования на физико-химические и функциональные характеристики.

С.И.Шорников. Термодинамика и фазовые равновесия в системе Al2O3 – SiO2.

Т.И.Ветрова. Термический анализ для тестирования ке рамических и композиционных материалов.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»



СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

ВЫСОКОПОРИСТЫЕ ЯЧЕИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ – НОВЫЙ КЛАСС НОСИТЕЛЕЙ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ В.Н.АНЦИФЕРОВ Научный центр порошкового материаловедения, Пермь patent@pm.pstu.ac.ru.

Дано описание основных способов получения, пространственной струк туры, свойств и применения в газоочистке и каталитическом дожиге газовых выбросов нового класса материалов: высокопористых проницаемых ячеи стых металлов и сплавов с открытой пористостью 97...85%.

Высокопористые проницаемые ячеистые материалы (ВПЯМ) являются новым видом структур, не превзойденных по пористости, проницаемости и связности. Разнообразные способы получения основаны на использовании ППУ в качестве структуроформирующей матрицы и позволяют изготавли вать ВПЯМ на основе практически любых металлов и сплавов. Их физико химические и прочностные свойства определяются относительной плотно стью, средним размером ячеек и составом матричного металла или сплава.

Перспективными направлениями применения, в которых ВПЯМ уже приносят ощутимую пользу, являются: разделение парогазовых сред;

очист ка промышленных газов от твердых примесей;

смешивание;

газораспреде ление и выравнивание газовых потоков;

электрохимия;

теплообмен, связан ный с передачей тепла от одной среды к другой;

создание композиционных материалов, охрана окружающей среды, экология, энергетика, где ВПЯМ применяется как в качестве носителя катализатора, так и непосредственно в качестве катализатора.

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ, ОБРАЗОВАННЫЕ ОКСИДАМИ МАРГАНЦА И 4f-ЭЛЕМЕНТАМИ (La57–Lu71) И Sc21, Y В.Ф.БАЛАКИРЕВ, Ю.В.ГОЛИКОВ, А.М.ЯНКИН, Л.Б.ВЕДМИДЬ, О.М.ФЕДОРОВА Институт металлургии УрО РАН, Екатеринбург static@imet.mplik.ru Методом керамического синтеза на воздухе, с последующим рентгено фазовым анализом закаленных образцов, впервые построены субсолидусные фазовые диаграммы систем Ln–Mn–O (Ln=Ce, Sm, …Lu, Y) на воздухе в тем пературном интервале 850...1400°С и выполнен их сравнительный анализ.

Тем самым, завершено построение диаграмм этого типа для всего класса систем редкоземельный элемент – марганец – кислород. Проведен сравнительный анализ построенных диаграмм как между собой, так и с имеющимися в литературе диаграммами систем Sc–Mn–O, La–Mn–O, Pr–Mn–O и Nd–Mn–O. Установлено, что доминирующим фактором, опреде ляющим кристаллическую структуру оксидов RMnO3 (R–редкоземельный элемент), является геометрический, т.е. радиус трехвалентного катиона ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

редкоземельного элемента. Построены зависимости температуры термиче ской диссоциации бинарных оксидов RMn2O5 на воздухе от порядкового но мера, входящего в них редкоземельного элемента, числа f-электронов ка тиона R(III), числа неспаренных электронов в нем и его ионного радиуса.

Установлена взаимосвязь между температурами термической диссоциации оксидов RMn2O5 и верхними температурами термической устойчивости ку бических модификаций оксидов R2O3 на воздухе.

Обоснована необходимость экспериментального исследования облас тей гомогенности этих оксидов как по кислороду, так и по металлическим компонентам в зависимости от температуры синтеза.





С использованием статического метода на вакуумной циркуляционной установке построены Р–Т–х диаграммы системы Lu–Mn–O и Dy–Mn–O. Сде лан термодинамический анализ процесса диссоциации оксидов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 04-03- и гранта Президента РФ по поддержке ведущих научных школ, № НШ-468.2003.3.

НОВЫЙ БЕСКИСЛОРОДНЫЙ СВЕРХПРОВОДНИК MgCNi И РОДСТВЕННЫЕ КЕРАМИКИ – СИНТЕЗ, СВОЙСТВА, МОДЕЛИРОВАНИЕ А.Л.ИВАНОВСКИЙ Институт химии твердого тела УрO РАН, Екатеринбург ivanovskii@ihim.uran.ru Открытие в 2001г. сверхпроводящего эффекта (TC ~ 8K [1]) в MgСNi3 ста ло одним из наиболее интересных результатов, полученных в последнее время в области сверхпроводимости неорганических керамических материа лов. Несколько факторов придают данному открытию особое значение, выде ляя MgCNi3 среди его структурных и (или) химических аналогов:

Среди структурных аналогов (кубических перовскитоподобных фаз), MgСNi3 – первый бескислородный сверхпроводник (СП), и одновремен но – первый СП среди тройных карбидных (и нитридных) керамик. Последние (общая формула Х(С,N)М3, где M – металлы, X – s-d-элементы) обладают большим разнообразием физико-химических свойств, которые могут ради кально различаться в зависимости от их химического состава, обзор [2]. На пример, тройные карбиды металлов конца 3d-ряда, такие как XC(Mn,Fe)3, где X=Al, Ga, In, Ge, Sn или d-металлы, некоторые нитриды (типа GaNMn3, SnNFe3) являются магнетиками, обладают ферро-, антиферромагнитным или более сложными типами магнитного упорядочения и температурно зависимыми магнитными фазовыми переходами. Резко отличаются свойства перовскитоподобных фаз на основе ЩЗМ. Например, ХNСа3 (Х= Ge, Sn, Pb или P, As, Sb, Bi) имеют ионный тип химической связи, среди них (Bi,Pb)NСа относят к группе т.н. ионных металлов. Недавно синтезированы фазы AsNMg3, SbNMg3 – ионные полупроводники. Наоборот, фазы на основе ме таллов III–V групп (AlCSc3, SnCSc3, X(C,N)Ti3, где Х=Al, Ga, In и т.д.) проявля ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

ют металлические свойства и одновременно являются высококовалентными соединениями.

Следовательно, в ряду изоструктурных аналогов MgCNi3 выступает как фаза, «пограничная» между группами перовскитоподобных сверхпроводни ков (оксиды) и несверхпроводящих бескислородных Х(С,N)М3 фаз.

Среди химических аналогов керамике MgСNi3 наиболее близки сверхпроводящие борокарбиды интерметаллидов (БКИ). В их числе – ни кельсодержащие LuNi2B2C, YNi2B2C (TС ~ 15...16K). Однако БКИ являются магнитными СП и имеют анизотропный тип структуры. Важно отметить, что содержание никеля в БКИ гораздо меньше, чем в MgCNi3.

Среди низкотемпературных сверхпроводников MgCNi3 также за нимает особое место, являясь фазой, богатой по Ni-металлу, обладающему магнитными свойствами. Сам факт наличия СП в такой системе необычен и сближает ее с группой открытых в последние годы «нестандартных» (с пози ций классической БКШ теории) сверхпроводников. К таковым относятся пер вые т.н. ферромагнитные сверхпроводники (ФМСП) UGe2, URhGe или ZnS или тройной СП Sr2RuO4, для которого установлено наличие поверхностного ферромагнитного упорядочения. Следовательно, MgCNi3 (находится вблизи края области магнитной неустойчивости) можно рассматривать как фазу, «по граничную» между группами «классических» немагнитных сверхпроводников и ФМСП.

Упомянутые особенности привлекли к MgCNi3 повышенное внимание – прежде всего, как керамическому сверхпроводнику, находящемуся вблизи критической квантовой точки ферромагнитного перехода, и сделали его предметом большого числа работ, направленных как на изучение фунда ментальных физических (в основном – низкотемпературных) свойств, так и тонких деталей зонной структуры, послуживших основой ряда моделей уни кальных свойств керамики. В сообщении представлены накопленные за 2001–2004 гг. сведения о новом низкотемпературном СП – MgCNi3 и родст венных керамических фазах со структурой антиперовскита.

Синтез и кристаллическая структура MgCNi3. Керамику MgCNi3 по лучают (в виде порошков и поликристаллов) с помощью твердофазного син теза из элементов. Отличия используемых методик сводятся к выбору со става шихты, атмосферы, режимов спекания. Например, авторы [1] открыли СП для керамических образцов номинального состава MgC1.25Ni3, которые готовили из смеси пластинчатого Mg, порошка Ni и сферических частиц стеклообразного углерода. Реагенты прессовали в таблетки, помещали в танталовую фольгу и отжигали в кварцевой ампуле в смешанной атмосфере (95%Ar + 5%H2). Применили ступенчатый отжиг при температурах 600 (1/ час) и 900°С (1 час). Затем образцы подвергали размолу, вновь прессовали в таблетки и спекали при 900°С в течение часа. В целом, синтез СП керами ки MgCxNi3 прост, позволяет добиваться хорошо воспроизводимых свойств и не требует дорогостоящих реагентов и оборудования.

Изучение микроструктуры поликристаллических СП образцов [3] мето дом электронной микроскопии показывает, что керамики содержат колонии ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

микрокристаллитов MgCNi3 с размерами ~ 10 µm, на границах которых на ходится избыточный углерод (графит). В свою очередь, каждая колония со стоит из совокупности зерен MgCNi3 с размерами 100...300 nm. В межзерен ной области наблюдали присутствие графита и наноразмерной (~ 5 nm) фа зы выделения. Исследования собственно зерен MgCNi3 интерметаллида показали [4] их негомогенность за счет присутствия упорядоченных доменов со средними размерами ~ 4 nm. Возникновение регулярной доменной струк туры объяснили сосуществованием в зерне углерод-дефицитной -фазы (MgC0.75Ni3) и близкой к стехиометрической, фазы -MgCxNi3 (x ~ 1.0).

Структура MgCNi3 имеет кубический перовскитоподобный тип. Позиции атомов (в ячейке): Ni: 3с (,,0);

Mg: 1a (0,0,0);

C: 1b (,,). Координаци онными полиэдрами (КП) атомов Ni и C являются октаэдры [C2Mg4] и [Ni6], КП магния – кубооктаэдр [Ni12]. Параметр ячейки а = 0.381221(5) nm, меж атомные расстояния: Ni–Ni (a/2) = 0.26956, Ni–C (a/2) = 0.19061, Ni–Mg (a/2) = 0.26956 и Mg–C (a3/2) = 0.33015 nm. Число формульных единиц в элементарной ячейке Z = 1.

Изучены термические изменения структурных параметров фазы сте хиометрии MgC0.96Ni3 в интервале 2...295К [5]. С уменьшением температуры происходит сжатие решетки. В области критической температуры какие либо аномалии в изменениях постоянной решетки а и факторов Дебая Уоллера (ФДУ), которые могли бы свидетельствовать о магнитных или структурных переходах, отсутствуют. ФДУ атомов Mg и С изотропны. Темпе ратурный фактор Ni имеет заметную анизотропию: среднеквадратичные смещения Ni минимальны вдоль связей Ni–C, гораздо значительнее факто ры смещения в плоскости, перпендикулярной направлению Ni–C связи.

Физические свойства MgCNi3 и твердых растворов MgCNi3-xMx (M = Mn, Fe, Co, Cu, Ag). Первыми экспериментами, позволившими обнару жить СП в MgСNi3, явились измерения [1] температурных зависимостей на магниченности (M/H), электросопротивления () и теплоемкости (С). При комнатной температуре величина поликристаллического образца MgC0.96Ni3 составляет ~ 90 µ cm. При понижении температуры от 295 до 10К значение уменьшилось в ~ 2.1 раза. СП переход узкий, шириной не более TC = 0.1К. Скачок теплоемкости зафиксирован при 6.2К, величина С/TC cоставляет ~ 19 mJ/(mole Ni K ). Определив параметр Зоммерфельда ~ 10 mJ/(mole Ni K2), оценили величину константы ~ 0.77, что указывает на обычный электрон-фононный механизм спаривания. Зависимость (Т) также свидетельствует в пользу обычного однозонного (s-волнового) типа СП в MgCNi3 [6]. Температура Дебая, определенная по величине решеточ ного вклада в теплоемкость, равна 287K и много меньше, чем для чистого Ni никеля (450K).

Проведены измерения (Т) как функции магнитного поля (Н), для верх него критического поля Hc2 построена фазовая диаграмма Hc2 –Т. Длина ко герентности (0) равна 4.7...4.6 nm. Коэффициент Холла (RH) MgCNi3 во всем температурном диапазоне отрицателен, т.е. носителями являются ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

преимущественно электроны. При 100К RH = - 6.1·10-10 m3/С, плотность но сителей n = 1.0·1022 1/cm3.

Измерения [3] плотности критического тока (jc) на поликристаллах MgCNi3, включающих кластеры с характеристическими размерами ~ 10 µm с «оболочками» из избыточного углерода, обнаружили ее необычно высокое значение ~ 1.8 MA/cm2 (при H = 1 T и T = 4.2 К). Вид зависимостей сил пин нинга Fp(H) меняется с температурой от формы, характерной для зерногра ничного (при T ~7.2K), до формы пиннинга на ядрах (при T~1.8K), в качестве которых выступают межзеренные образования нанометровых размеров – избыточный углерод и кубическая фаза выделения. Эти нанометровые цен тры пиннинга в сочетании с высоким значением верхнего критического поля – одна из уникальных особенностей MgCNi3, и связаны они со спецификой его синтеза, требующего избытка углерода в реакционной смеси.

С помощью туннельной спектроскопии [6,7] определяли величину сверх проводящей щели = 1.10...1.15 meV (при Т = 3К);

отношение 2/kBTC ~ 3.3...3. для TC = 7.8K, что позволяет отнести MgCNi3 к обычным сверхпроводникам слабого типа. По данным [7], величина ~ 2.9 meV при Т = 0К. ЯМР эксперименты на ядрах С в диапазоне 1.7...800 К использованы [8] для из мерений сдвига Найта и скоростей спин-решеточной релаксации (1/13T). С понижением температуры спиновая восприимчивость и спиновые флуктуации растут, выходя на насыщение ниже 50 и 20К, соответственно, что объяснили наличием электронных корреляций и эффектом нестинга. Зависимость 1/13T имеет вид, типичный для сверхпроводников s-типа, с пиком при T = 7K, кото рый растет с понижением напряженности магнитного поля.

Основные физические свойства керамики суммированы в таблице.

Пространственная группа, Pm3m позиции атомов в ячейке, Ni: 3с (,,0);

Mg: 1a (0,0,0);

C: 1b (,,) постоянная решетки (T = 295K) а = 0.381221(5) nm Электросопротивление (T = 295K) 90...202 µ cm 300K/Tc 2.5...1. 2. 300K/T10K Электронная теплоемкость 33.6...35 mJ/mol K Критическая температура TC ~ 7.5...8K Ширина критического перехода TС 0.1...0.5K Ширина сверхпроводящей щели (T=3K) 1.10...1.15 meV Верхнее критическое поле Hc2 (T =2.3K) 12.5 T Hc2 (T = 0K) ~15 T - 2.65 ± 0.2 T/K (dHc2/dT)Tc -10 - 6.1 10 m /C Коэффициент Холла RH (T = 100K) RH(T = 140K)/RH(T = 295K) ~1. Температура Дебая D 287...289К Влияние барической обработки (до P ~ 7 GPa) на электросопротивле ние и величину TC MgCNi3 изучали в работе [9]. Установлена немонотонная зависимость ТС(Р): критическая температура уменьшается до P ~ 1.7 GPa, затем наблюдали ее некоторый рост. Предполагают [9], что падение TC в ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

области малых давлений (до ~ 1.7 GPa) может быть связано с уменьшением плотности состояний на уровне Ферми N(EF) симбатно уменьшению объема ячейки при сжатии.

Проведен цикл экспериментов по поиску сверхпроводимости в родст венных многокомпонентных керамиках. Осуществлен твердофазный синтез некоторых твердых растворов (ТР) замещения по подрешетке Ni. В качестве элементов замещения рассмотрены d-металлы, выступающие в составе ТР MgCNi3-xMx как дырочные (Mn, Fe, Co) или электронные (Cu, Ag) допанты.

Суммируем основные результаты:

Система MgCNi3-x(Co,Mn)x. Образуются неограниченные ТР в интер вале (0 x 0.75). Для MgCNi3-xCox с ростом отношения Co/Ni параметр решетки незначительно уменьшается, уже для х 0.03 объемная СП исче зает. Сходный эффект дает введение в матрицу MgCNi3 примеси марганца.

Система MgCNi3-xFex. Сообщается о некотором (~ 0.7K) росте ТС MgCNi3 на начальном этапе введения примеси железа (х ~ 0.07...0.10). Эф фект объяснили ростом N(EF) и меньшим влиянием спиновых флуктуаций в сравнении с аналогичными кобальтсодержащими ТР.

Система MgCNi3-xCux. Ограниченная растворимость меди: область гомогенности ТР до x 0.1, с ростом содержания Cu происходит уменьшение ТС от 7 до 6К.

Зонная структура MgCNi3 и родственных фаз. Электронные свойст ва «идеального» антиперовскита MgCNi3 исследованы с привлечением вы числительных методов зонной теории. Состояния катионов Mg играют ма лую роль в формировании зон валентной полосы (ВП). Общая ширина ВП составляет ~ 7.2 eV, содержит вклады 3 С2р- и 15 Ni3d-орбиталей, запол ненных 34 электронами. Состояния углерода расположены ниже состояний никеля, и частично смешиваются с ними.

Наиболее важной особенностью спектра является узкий пик ПС с мак симумом ~ 45 meV ниже EF, образуемый квазиплоской Ni3d-зоной. EF расположен на высокоэнергетическом склоне данного пика. Максимальный вклад в N(EF) ( 88%) обусловлен Ni3d-состояниями. Ni3d-зоны обнаруживают также сильную дисперсию E(k) вблизи EF, определяющую значительную скорость носителей (2.0·105 m s-1), и являются ответственными за металлические свойства антиперовскита. Основу межатомных взаимодействий в MgСNi3 составляют связи Ni-C (в КП [CNi6]).

Связи C–Mg пренебрежимо малы.

Выполнен ряд расчетов, моделирующих варианты изменения электрон ной концентрации MgCNi3, как за счет введения структурных вакансий (несте хиометрия по Mg- или С-подрешеткам), так и при замещении атомов подре шеток на атомы иного сорта. Получены следующие основные результаты:

Допирование подрешетки Ni. В качестве примесей замещения MNi рассмотрены элементы 3d-ряда (Сu, Co, Fe, Mn). При допировании MgCNi Fe и Co сверхпроводимость утрачивается: ТР MgCNi3-xMx становится фер ромагнетиком (за счет спинового расщепления d-зон) при x 2 (M = Co) и при x 2 (M = Fe).

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

Допирование (нестехиометрия) подрешеток C и Mg. Развит сце нарий уменьшения TC MgC1-xNi3 с ростом нестехиометрии (x) по углероду. С ростом x EF сдвигается в область высоких значений ПС, N(EF) существенно возрастает, но при этом одновременно растет фактор S, определяя нарас тание спиновых флуктуаций и разрушение куперовских пар. Изучено допи рование С- и Mg- подрешеток атомами B, N, Li, Al. Введение B, N примесей в С-подрешетку уменьшает N(EF) и, т.е. подобные попытки увеличения СП исходной фазы – бесперспективны. Замещение магния Al (электронный до нор) также приводит к уменьшению N(EF) и, а присутствие в позициях Mg дырочного допанта (Li) определяет переход системы в магнитное состояние.

Получены сведения о зонном спектре ряда других реально сущест вующих или гипотетических керамик со структурой антиперовскита. Для изо электронных и изоструктурных аналогов MgСNi3 – ScBNi3 и InBNi3 – показа но, что СП в данных керамиках может возникнуть при введении дырочных допантов – например, при легировании подрешетки Ni (ТР типа ScBNi3-xCox) либо в присутствии структурных вакансий (нестехиометрические составы ScB1-xNi3). Выполнены оценки энергетических и магнитных свойств ряда ги потетических керамик как возможные ориентиры для их последующего син теза. Взяв за основу MgСNi3 и замещая Mg на Ca, Sr или Ba, а Ni на Mn, Fe или Со, установили, что можно ожидать получения устойчивых фаз MgСMn3, MgСFe3, MgСCo3, которые будут магнетиками. Магнитные свойства предска заны также для CaСNi3, MgСFe3, SrСCo3, тогда как SrСNi3, BaСNi3 и CaСCo будут немагнитными материалами.

Более детально о свойствах MgCNi3 и родственных керамик см. в обзо рах [10, 11].

Работа поддержана РФФИ, проекты 02-03-32971 и 04-03-32082.

1. He T., Huang Q., Ramirez A.P. et al // Nature. 2001. V. 411. P. 54.

2. Ивановский А.Л.// Успехи химии. 1995. Т. 64. С.499.

3. Cooley L.D., Song X., Jiang J. et al // Phys. Rev. 2002. V. B65. art. 214518.

4. Ren Z.A., Che G.C., Jia S.L., et al // Physica. 2002. V. C371. P. 1.

5. Huang Q., He T., Regan K.A. et al // Physica. 2001. V. C363. P. 215.

6. Kinoda G., Nishiyama M., Zhao Y. et al // Jap. J. Appl. Phys. 2001. l. 40. P. L1365.

7. Mao Z.Q., Rosario M.M., Nelson R.. et al // arXiv:cond-matter/0105280 (2001).

8. Singer M., Imai T., He T. et al // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 87. P. 257601.

9. Kumary T.G., Janaki J., Mani A. et al // Phys. Rev. 2002. V. B66. art. 064510.

10. Ивановский А.Л., Бамбуров В.Г. // Инженерная физика. 2003. № 1. С.50.

11. Ивановский А.Л. // Физика твердого тела. 2004. Т. 45. С. 1742.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

О МЕХАНИЗМЕ ФАЗОВЫХ И ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ ОКСИДНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ Д.Г.КЛЕЩЕВ, А.В.ТОЛЧЕВ, В.И.ЛОПУШАН, М.А.ПОПОВ Южно-Уральский государственный университет, Челябинск dgk@susu.ac.ru Мелкодисперсные системы на основе оксидов р- и 3d-металлов (МДСО) широко используются в качестве пигментов, катализаторов, магнит ных, полировальных и ионообменных материалов, компонентов для получе ния пластмасс, керамики и др. В зависимости от механизма и типа проте кающих физико-химических реакций можно выделить следующие группы методов синтеза МДСО: а) термического разложения солей или гидроксидов соответствующих металлов;

б) окисления или восстановления порошкооб разных объектов;

в) твердофазного взаимодействия в системе оксидов;

г) конденсации из газовой фазы;

д) кристаллизации из растворов;

е) пере кристаллизации в растворах, в том числе, осложненной фазовыми и хими ческими превращениями.

Процессы фазообразования в МДСО, образующихся при твердофаз ном взаимодействии и термолизе соединений р- и 3d-металлов при прокал ке на воздухе или в проточной атмосфере какого-либо газа, исследованы достаточно подробно [1]. Вместе с тем, закономерности превращений МДСО при термообработке в замкнутом объеме, например, в атмосфере выде ляющихся газообразных продуктов термолиза или в растворах, до конца не выяснены. Остаются дискуссионными вопросы о механизме и лимитирую щих стадиях фазовых и химических превращений, зависимости кинетики превращений неравновесных фаз, фазового и дисперсного составов фор мирующегося продукта от состава дисперсионной среды и др., что в значи тельной мере препятствуют широкому внедрению новых высокоэффектив ных и экологически чистых технологий синтеза МДСО с заданными и вос производимыми свойствами. В докладе на основании экспериментальных данных о закономерностях превращений мелкодисперсных окси- и гидро ксидов цинка, алюминия, марганца(III), железа(II,III), кобальта(III) и тита на(IV) при термообработке в замкнутом объеме и в растворах электролитов анализируются некоторые аспекты этой проблемы.

1. Третьяков Ю.Д., Лепис Х. Химия и технология твердофазных материалов. М.: Изд-во МГУ, 1985. 256 с.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ ОКСИДОВ С.Н.КУЛЬКОВ Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск kulkov@ms.tsc.ru В последние два десятилетия наблюдается повышенный интерес ис следователей к изучению нанокристаллических порошков на основе диокси да циркония. Это обусловлено как необходимостью расширения сущест вующих представлений о строении и свойствах данных материалов, так и потребностями их практического использования. Особое внимание привле кают керамические порошки, получаемые с помощью плазмохимического синтеза, одним из перспективных методов которого является термическое разложение диспергированных на капли растворов солей металлов в плаз ме дугового или высокочастотного разряда. Достоинства таких материалов состоят в высокой степени чистоты и равномерности распределения компо нентов в многокомпонентных системах, однако они часто имеют сложную морфологию, что затрудняет получение из порошков такого типа плотной керамики.

В работе изучена керамика, получаемая на основе нанокристаллическо го ZrO2. Показано, что размер кристаллитов в ZrO2 ограничен дефектами, сосредоточенными по их границам. При размере кристаллитов более 40 нм существует остаточный уровень микроискажений (т.е. в области, где вклад границ зерен небольшой), который связан преимущественно с дефектами, 3+ возникающими при легировании, а именно с ионами Y, имеющими боль ший, чем ионы Zr4+, ионный радиус, с кислородными вакансиями, возникаю щими в решетке для компенсации заряда, а также с возможными неодно родностями распределения этих дефектов в решетке. Указанные данные свидетельствуют о том, что именно микроискажения контролируют фазовый состав данного материала.

Проведенные исследования показали, что максимальные значения прочности и вязкости разрушения составили: предел прочности при изгибе 1/ 1100 МПа и вязкость разрушения 15 МПа·м. Отличительной особенностью полученных материалов является наличие высоких значений вязкости раз рушения при относительно низком содержании тетрагональной фазы, способной превращаться под воздействием напряжений. Показано, что высокая вязкость разрушения в сочетании с высокой прочностью обеспечивается комбинированным механизмом упрочнения, когда помимо трансформационного упрочнения такая керамика имеет высокую вязкость непревращаемой части материала за счет сложной внутренней структуры, образующейся при распаде высокотемпературной кубической фазы, поэтому в ней реализуется несколько механизмов упрочнения на разных масштабных уровнях.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

СИНТЕЗ НОВООБРАЗОВАНИЙ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ В АЗОТНОЙ СРЕДЕ И ПРИ ГП ШИХТ ИЗ SiC И Si3N С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ КОМПОЗИЦИЙ Г.Д.СЕМЧЕНКО, Л.А.АНГОЛЕНКО, И.Н.ОПРЫШКО, Е.Е.СТАРОЛАТ, О.Н.СЛЕПЧЕНКО Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина sgd@kpi.kharkov.ua При разработке современных технологий все чаще используются не традиционные методы синтеза тугоплавких соединений, в том числе SiC и Si3N4, самоармирование матриц наноразмерными частицами новообразова ний или же нитевидными кристаллами. Экспериментально подтвержден синтез -SiC и -Si3N4 как в виде наночастиц, так и в виде нитевидных кри сталлов при использовании золь-гель композиций и модифицированных порошков алкоксидом кремния.

При ГП SiC материалов из модифицированных порошков -SiC наблю дался синтез из алкоксида кремния наноразмерных частиц -SiC от 10 до нм на стыке контактирующих зерен -SiC, т. е. наблюдалось образование интраструктуры КМ, что приводило к повышению трещиностойкости и проч ности SiC материалов. Особенностью данной технологии является отсутст вие легкоплавких прослоек между зернами -SiC, что характерно для обыч ных ГП материалов SiC. В ГП Si3N4 материалах с использованием в шихте золь-гель композицией наблюдается образование шаровидных образований размером от десятков до сотен нм из смеси нитевидных кристаллов -SiC и Si3N4.

В литых SiC материалах на этилсиликатных связках при обжиге в азот ной среде синтезируются нитевидные кристаллы -SiC в количестве до 15% размером от 10 до 16 мкм. В литых Si3N4 после обжига в азотной среде в порах синтезируются нитевидные кристаллы -Si3N4 и -SiC в виде шаро видных образований размером от десятков нм до 1...2 мкм, закрывая собой сферические поры матрицы. Рост нитевидных кристаллов -Si3N4 шириной 30...100 нм и толщиной менее 100 нм происходит, как показали исследова ния, по механизму пар – жидкость – твердая фаза, а их кристаллизация из жидкой фазы по механизму осевой винтовой дислокации. Поверхность ни тевидных кристаллов -Si3N4 покрыта аморфной оксидной пленкой, что со ответствует увеличению стойкости нитевидных кристаллов к окислению.

Появление шаровидных образований нитевидных кристаллов -Si3N4 и -SiC снижает пористость Si3N4 керамики, повышает трещиностойкость и коррози онную стойкость.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ВИДЫ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ УРАЛА ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, Н.Ф.СОЛОДКИЙ, М.Н.СОЛОДКАЯ ЗАО «Уральский фарфор», Южноуральск ufsbit@mail.ru Основными сырьевыми материалами для производства тонкой керами ки, огнеупоров и стекла являются беложгущиеся огнеупорные и тугоплавкие глины, каолины, полевой шпат и его заменители, жильный кварц и кварце вые пески, кварциты, тальк, глинозем, доломиты и другие минеральные ви ды силикатного сырья.

В настоящее время Российская Федерация является единственной в мире страной, которая имеет полноценную экономику, т.е. 100%-ное обес печение всеми видами ресурсов. В то время, как США, являющиеся самыми богатыми в мире, – только 72%. Остальные страны имеют однобокую эко номику, которая функционирует за счет международной кооперации.

Поэтому благотворительная конъюнктура мировых рынков сырья и топ лива останется основным фактором, стабилизирующим экономический рост в Российской Федерации в 2003 – 2006 гг. Основная часть потенциального спроса будет формироваться за счет экспортно-ориентированного сектора.

В 2003 – 2006 гг. прогнозируется дальнейшее продолжение оживления на товарных рынках, увеличение объемов продаж и, собственно, увеличе ние производства промышленной продукции. Наиболее значительными темпами будет расти спрос на продукцию машиностроения, химической и нефтехимической отраслей промышленности, а также на продукцию сырье вых отраслей промышленности.

Отсюда следует, что для будущего России должна быть положена сис тема освоения имеющихся минеральных ресурсов и развитых технологий во всех видах деятельности. В дальнейшем развитие и экономическое благо получие Российской Федерации будет в первую очередь определяться эф фективностью поисков, добычи и переработки полезных ископаемых Богатство и разнообразие минеральных запасов в недрах России обу славливают актуальность исследований и вовлечение в производственный оборот все более новых видов минерального сырья и нетрадиционных техноло гий по их переработке и использованию во многих отраслях промышленности.

На территории Российской Федерации разведаны и в разной степени эксплуатируются 52 месторождения огнеупорных глин. Из них в Уральском регионе разведаны 13 месторождений, шесть из них разрабатываются, в том числе Нижне-Увельское и Берлинское (Челябинская область).

Сравнительное изучение огнеупорных и тугоплавких глин России пока зало, что они уступают по качеству традиционным украинским глинам (высо кое содержание свободного кварца и красящих оксидов).

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

Перспективы выявления глин, пригодных для получения тонкой кера мики, имеются в Челябинской, Оренбургской, Пермской областях и Респуб лике Башкортостан.

Особый интерес для дальнейших исследований глинистого сырья Ура ла представляют Ново-Ивановское (Башкортостан), Городищенское, Ас тафьевское и Кременкульское (Челябинская обл.) месторождения. Учиты вая, что в настоящее время расширяется сеть малых производств и сокра щаются объемы крупных предприятий, есть реальная предпосылка получить качественные огнеупорные глины из давно списанных с баланса и забытых месторождений Челябинской области – это Синеглазовское, Упрун, Поле таеве, район 1-го Озера и др.

В качестве возможных источников полевошпатового сырья в Уральском регионе могут рассматриваться щелочные пегматиты (Южноуральское ме сторождение), гранитные пегматиты (месторождения Северная Мыльница, Тысячница) и Алабашское (Свердловская обл.), аляскиты месторождения Режик, миаскиты Вишневогорского месторождения, а также каолинизиро ванная дресва Кременкульского участка и розовые граниты Шершневского месторождения.

Определенный интерес представляют выявленные в Пластовском рай оне залежи аплитов. Но пока основными источниками снабжения предпри ятий силикатного комплекса полевошпатовым сырьем являются Вишнево горское и Малышевское месторождения.

Урал богат жильным и гранулированным кварцем, кварцевыми песка ми, кварцитами и пылевидным кварцем (маршаллитом). Но как керамиче ское сырье эти материалы до сих пор детально не разведывались и не изу чались. Наиболее чистые кварцевые материалы находятся в Билимбаев ском, Невьянском и Златоустовском районах. Содержание кремнезема со ставляет 99%, а сумма полуторных оксидов 0.26%.

В качестве заменителей кварцевых песков Ульяновской области целе сообразно использовать пески: Малышевского, Кыштымского, Светлинского, Ириклинского, Куликовского и др. месторождений Урала.

В качестве глиноземсодержащих материалов заслуживает внимания Чистогоровское месторождение кварц-пирофиллитовых сланцев (Челябин ская обл.).

Не менее интересным является Уйское месторождение, сложенное ми нералом, сходным с пирофиллитом (содержание Al2O3 на прокаленное ве щество – 42.13%).

Особый интерес могут представлять для керамической промышленности отвальные породы Куль-Юрт-Тауских серицитов (Башкирия) и кварц пирофиллитовое сырье Гайского месторождения (Оренбургская обл.).

До самого последнего времени Урал не числился в составе провинций, перспективных на обнаружение месторождений фарфорового камня.

Однако исследования, проведенные учеными Коми научного центра УрО РАН, позволили выявить аналоги фарфоровых камней на территории Большого Урала. К этой группе можно отнести древние липариты в Верхне сергинском (Билимбаевский комплекс) и Нязепетровском районах.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

Имеются сведения о локальных проявлениях фарфоровых камней в верховьях р. Урал (березовская и кизильская формация), в Еманжелинском, Кунашакском районах.

Исходя из вышеизложенного, можно считать, что Урал является новой геологической провинцией фарфорового камня.

По меньшей мере, около 20 рудопроявлений минералов группы силли манита (кианит) сосредоточены на Урале в протяженной полосе от Мугод жар (Актюбинская обл., Казахстан) до Екатеринбурга, из них пять в Челя бинской области (Карабашское, Малокаслинское, Борисовское, Михайлов ское и Андреево-Юльевское месторождения).

По имеющейся на сегодня ориентировочной оценке их запасов, можно сделать заключение о целесообразности использования этих руд в огне упорной и керамической промышленности.

Дефицит в качественном тальке во многих отраслях промышленности России, а также в ближнем и дальнем зарубежье, может быть закрыт освое нием этого вида сырья в Пластовском геологическом районе. Прогнозный запас высококачественного талька Чемпаловского месторождения состав ляет 12...15 млн. т.

Как комплексное сырье для керамической промышленности, заслужи вают внимания месторождения щелочных каолинов, расположенные в Че лябинской области: это журавлиноложская площадка, полетаевское, еле нинское, кременкульское, михайловское и другие месторождения.

Около 50 предприятий керамической и бумажной промышленности ис пользуют в производстве каолин вновь введенного в эксплуатацию место рождения «Журавлиный Лог». Незаслуженно забыт промышленниками као лин Еленинского месторождения (Челябинская обл.), который обладает вы сокой белизной и может на равных с другими каолинами использоваться в составах керамических масс.

Из перспективных месторождений каолинов является и Южно Ушкотинское месторождение (Оренбургская обл.). В настоящее время ве дутся работы по оценке запасов и определению технологических свойств каолинов.

Таким образом, еще раз подтверждается, что Урал является крупной сырьевой базой для керамической, огнеупорной и стекольной отраслей промышленности. За Уралом будущее. Тот, кто возьмет на себя смелость по введению в производственный оборот эти богатства, тот и будет на верши не технического прогресса и займет достойную нишу на внутреннем и миро вом рынке минерального сырья.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ СО СТРУКТУРОЙ ПЕРОВСКИТА.

ВЛИЯНИЕ ДОПИРОВАНИЯ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Н.В.ЧЕЖИНА Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург chezhina@nc2490.spb.edu За последние годы отмечается всплеск научного интереса к сложным оксидам со структурой перовскита ABO3, содержащим атомы 3d-элементов.

LaMnO3, допированный атомами двухвалентных элементов, демонстрирует так называемую «гигантскую магниторезистивность», LaGaO3, допирован ный Sr, Mg и 3d-элементами дает широкий спектр электронно-ионных про водников. Особые электрофизические свойства перовскитов являются ре зультатом магнитных обменных взаимодействий в подрешетке переходного металла, приводящие к образованию зон в кристалле. Для разумного выбо ра количественного и качественного состава оксидной керамики с заданны ми функциональными характеристиками необходимо создание моделей межатомных взаимодействий в структуре. Исследование магнитного раз бавления магниторезистивных манганитов и галлатов лантана, содержащих хром и стронций, позволило установить следующие закономерности их хи мического строения.

При гетеровалентном допировании в структуре перовскита появляются температурно-зависимые искажения кислородных октаэдров, приводящие к переменным параметрам обмена.

Магниторезистивность в манганитах лантана связана с образованием кластеров из атомов Mn, включающих в себя атом допирующего элемента (Ca,Sr,Ba), причем размеры кластеров и характер обменных взаимодейст вий существенно зависят от природы последнего.

В структуре перовскита сравнительно легко образуются вакансии в под решетке кислорода, поэтому допирование LaGaO3 хромом и стронцием при водит к возрастанию ионной проводимости, а не к изменению валентного состояния хрома [Cr(III) Cr(IV)].

Обменные взаимодействия в структуре перовскита непосредственно оп ределяются как размерами диамагнитных атомов, так и степенью ионности связей диамагнитный элемент–кислород.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

ТЕРМОДИНАМИКА И ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Al2O3–SiO С.И.ШОРНИКОВ Всероссийский геологический институт, Санкт-Петербург Sergey_Shornikov@vsegei.ru Система Al2O3–SiO2 является одной из наиболее важных оксидных сис тем, представляющих интерес для керамического материаловедения.

В настоящей работе были изучены термодинамические свойства алю мосиликатных расплавов и их взаимосвязь с фазовыми равновесиями в сис теме в области температур 1900...2500K. Экспериментальные данные полу чены с помощью аппаратуры, сочетающей масс-спектрометрическую техни ку и эффузионную ячейку Кнудсена [1].

Представлялось целесообраз ным рассмотреть диаграмму со стояния фаз алюмосиликатной сис - 2300 темы совместно с зависимостями -20 - -5 - химических потенциалов компонен T,K тов, характеризующих состояние системы. В частности, на прилагае мом рисунке построены изолинии a химических потенциалов SiO2 (а) и Al2O3 (b) в алюмосиликатных рас 0 20 40 60 80 плавах в «x – T» координатах (циф рами обозначены величины химиче ских потенциалов в кДж/моль). На -70 -50 -40 -30 -20 - блюдаемый незначительный наклон 2200 линий изопотенциалов SiO2 свиде T,K тельствует о довольно слабой тем пературной зависимости у таковых в отличие от линий изопотенциалов b Al2O3, имеющих сильный наклон и расположенных приблизительно па 0 20 40 60 80 x ( Al2O3 ), мол. % раллельно линии ликвидуса системы.

Интерпретация температурных за висимостей химических потенциалов SiO2, Al2O3 и муллита в алюмосиликат ных расплавах подтверждает наличие эвтектической композиции между муллитом и корундом.

1. Шорников С.И., Арчаков И.Ю. // ЖФХ. 2002. Т. 76. № 7. С. 1179–1185.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Т.И.ВЕТРОВА NETZSCH-Gertebau GmbH, Германия romoskva@ngb.netzsch.com Доклад посвящен применению термофизических методов тестирования для керамических и композиционных материалов, наноматериалов и материалов для топливных элементов. В докладе рассматриваются следующие аспекты:

Методы, принципы, приборы, применяемых методов термического анализа:

ДСК, ТГ, СТА, дилатометрии и т.п.

Проведение исследований фазовых переходов, структурных изменений и ак тивности порошков с помощью измерений тепловых эффектов, термического расширения, удельной теплоемкости и температуропроводности.

Влияние размеров частиц, анизотропии материалов и их термической обработки на термодинамические, термофизические и транспортные свойства твердых материалов.

Тестирование материалов до температур 2800°C.

Влияние механической активации порошков при измельчении до наноразмеров на примере изменения кинетики спекания электрокерамических материалов.

Исследование процессов газонасыщения/газовыделения материалов.

Проведение исследований в среде различных газов, включая водород, водяной пар.

NETZSCH-Gertebau GmbH производит полную программу приборов для тер мического анализа:

DSC Дифференциальная сканирующая калориметрия -180...1650°C DTA Дифференциальный термический анализ -150...2400°C TGA Термогравиметрический анализ комн...2400°C STA Синхронный термический анализ -150...2400°C DIL Дилатометрия -260...2800°C TMA Термомеханический анализ -150...1000°C DMA Динамический механический анализ -170...600°C DEA Диэлектрический анализ -150...375°C TCT Термическая проводимость -180...1500°C LFA Метод лазерной вспышки, температуропроводность -170...2000°C Комбинированные системы для анализа выделяющихся газов:

TG/STA-MS-Pulse TA ТГ/СТА-МС - импульсный TA TG/STA-FTIR-Pulse TA ТГ/СТА-Фурье-ИК - импульсный TA Расширенное программное обеспечение: Термокинетика, ChemRheo, Термиче ская симуляция, Многокомпонентный анализ, Разделение пиков, Чистота).

ЛЕКЦИИ ШКОЛЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «НОВЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

А.Л.Ивановский. Новые неорганические нанокомпозиты:

компьютерное моделирование и проблемы синтеза.

Г.В.Лисичкин. Поверхностно-модифицированные мате риалы: синтез, свойства, применение.

В.Я.Рочев. Самоорганизующиеся наносистемы.

Л.И.Трахтенберг. Новые нанокомпозиционные металл полимерные материалы: синтез, структура и физико химические свойства.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

НОВЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ НАНОКОМПОЗИТЫ:

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОБЛЕМЫ СИНТЕЗА А.Л.ИВАНОВСКИЙ Институт химии твердого тела УрО РАН, Екатеринбург ivanovskii@ihim.uran.ru Представлен обзор современного состояния исследований в области синтеза и моделирования нанокомпозитов на основе фуллереноподобных молекул (ФПМ) и нанотрубок (НТ) неорганических веществ.

Обсуждаются способы получения, основные физические методы ис следования свойств и компьютерные модели ФМП и НТ на основе BN-, B-C N-, слоистых фаз – диборидов, дихалькогенидов и дихлоридов d-металлов.

Приведены модели атомных конфигураций гипотетических НТ интеркалиро ванных (автоинтер-калированных) дихалькогенидов (NbSe2+Nb), нитиридо хлоридов (-ZrNCl), MoO3.

Представлены первые результаты изучения нанотубулярных форм пентоксида ванадия цилиндрической и свиткоподобной морфологий. От дельно рассмотрены НТ с различными дефектами стенок, возможные струк турные варианты «крышек» замкнутых трубок. На примерах углеродных, BN, B-C-N нанотрубок обсуждены особенности атомной геометрии неграфито подобных трубок с базисными структурными типами пентагептита, хэкели тов и графитов, а также имеющиеся модели соответствующих фуллерено подобных нанокластеров.

Обсуждены основные направления работ по развитию методов на правленного регулирования свойств ФПМ и НТ, в частности, путем создания на основе этих объектов более сложных по химическому составу наномате риалов (нанокомпозитов) и перспективы применения этих материалов для создания различных устройств микро- и наноэлектроники. Приведены при меры «симбиозных» нанотубулярных форм веществ (фуллерены, инкапсу лированные в неорганические НТ).

Работа выполнена по Программе поддержки ведущих научных школ Российской Федерации, грант НШ 829.2003.3 и при финансовой поддержке РФФИ (гранты 04-03-32111, 04-03-96117р Урал).

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

ПОВЕРХНОСТНО-МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ:

СИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ Г.В.ЛИСИЧКИН Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова, Москва Lisich@petrol.chem.msu.ru Проблемы получения, исследования и применения поверхностно модифицированных материалов (ПММ), представляющих собой оксидную матрицу, на поверхности которой ковалентно закреплен тонкий (обычно мо номолекулярный) слой привитых молекул. Такие материалы обладают фи зическими и механическими свойствами исходной матрицы, тогда как их химические свойства определяются природой закрепленных веществ. ПММ находят широкое применение в современной химии. ПММ на основе порис тых оксидов с привитым монослоем органических молекул используются в качестве наполнителей полимеров, высокоселективных сорбентов, гетеро генных катализаторов, химических и биологических сенсоров. Химическое модифицирование поверхности оксидов позволяет управлять адгезией;

за крепление тонких слоев на поверхности оксидных пленок на металлах – путь получения металлополимеров и т.д.

Химия поверхности минеральных носителей и функциональные группы поверхности, которые можно использовать для фиксации органических, ме таллоорганических и неорганических соединений.

Задача выбора оптимального модификатора для синтеза ПММ с задан ными свойствами. Кремнийорганические соединения – наиболее распро страненный класс модификаторов. Фосфорорганические и тиольные моди фикаторы.

Строение и свойства привитых слоев. Толщина привитого слоя и распре деление молекул модификатора в нем. Дизайн привитых слоев.

Методы исследования состава и строения привитых слоев. Особенности физических и физико-химических методов исследования применительно к изучению ПММ.

Синтез гетероповерхностных ПММ, содержащих различные сочетания привитых функциональных групп.

Нерешенные проблемы и перспективы развития методов химического модифицирования поверхности неорганических материалов.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ НАНОСИСТЕМЫ В.Я.РОЧЕВ Институт химической физики им.Н.Н.Семенова РАН, Москва rochev@chph.ras.ru На примерах разнообразных ионсодержащих полимеров рассмотрены процессы самоорганизации, приводящие к образованию различных регу лярных неоднородностей масштаба 1...100 нм. Варьируя химическое строе ние синтезируемых макромолекул, природу и распределение функциональ ных групп, удается гибко управлять процессом молекулярной сборки и до биваться получения сложных регулярных наноструктур с уникальными свой ствами.

В последнее время стало ясно, что на этом пути открываются далеко идущие перспективы при решении различных прикладных задач. В частности, важнейшей особенностью ионсодержащих полимеров является их способ ность формировать регулярные наноструктуры с упорядоченным распреде лением как собственно полимерной компоненты, так и контрионов (обычно + + Na или К для полианионов). Посредством ионного обмена эти ионы могут быть замещены на другие, например, на ионы редкоземельных металлов. При последующем восстановлении этих ионов до атомов получается организо ванная микрогетерогенная система, в которой металлические наноструктуры или наночастицы регулярно распределены в упорядоченной полимерной мат рице.

На этом принципе возможно создание нанокомпозитных металлополи мерных материалов, обладающих электропроводностью или магнитными свойствами, а также нанокомпозитов типа полимер-полупроводник – потен циально интересных объектов для молекулярной микроэлектроники.

Переход к соответствующим нанотехнологиям будет означать качест венный скачок от обычных манипуляций с веществом к манипуляциям с от дельными молекулами или их частями. В такой схеме традиционный хими ческий синтез может служить лишь в качестве первой ступени – начального этапа по наработке необходимых молекулярных заготовок (строительных блоков). Следующий этап – это самоорганизация таких блоков в трехмер ные супрамолекулярные ансамбли с той или иной иерархией структурных уровней.

Характеризуя положение дел в современной наноиндустрии, следует иметь в виду, что до сих пор почти все реализованные технологические проекты так или иначе основываются на тонкопленочных материалах, полу чаемых посредством самосборки малых молекул на плоскости. Однако пла нарные структуры имеют много принципиальных ограничений. Самооргани зация полимеров в объеме открывает альтернативный путь получения ве ществ с заданной объемной микроархитектурой, т.е. позволяет выйти соот ветствующим молекулярным нанотехнологиям в третье измерение.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

НОВЫЕ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЕ МЕТАЛЛ-ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ:

СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Л.И.ТРАХТЕНБЕРГ Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова, Москва trakh@cc.nifhi.ac.ru Композиционные материалы с наночастицами металлов и полу проводников, иммобилизованными в различных диэлектрических матрицах, являются в настоящее время предметом интенсивных исследований в связи с фундаментальными научными задачами и перспективами использования таких материалов в различных областях техники и технологии.

Важнейшей проблемой является влияние матрицы на свойства нанокомпозитов. Размер и взаимное расположение наночастиц зависит от структуры и свойств матрицы, внутри которой они формируются. Влияние матрицы проявляется не только во взаимодействии между матрицей и наночастицами, но и во взаимодействии между наночастицами, которое также зависит от окружающей их среды.

Композиты на полимерной основе позволяют исследовать металлические и полупроводниковые наночастицы в твердых органических матрицах с различной морфологией, структурой и физико-химическими свойствами. Существующие методы синтеза таких композитов подробно рассмотрены в ряде обзорных публикаций. Эти методы включают взаимодей ствие полимеров в квази-жидком состоянии выше температуры стеклования с парами металлов, химическое восстановление солей металлов до нуль валентных металлов или трансформацию солей в полупроводниковые соеди нения в растворах, содержащих полимеры, а также реакции солей, индуциро ванные ионизирующим или УФ-излучением в этих растворах. Использовалась также полимеризация мономеров в присутствии металлов: полимеризация в плазме совместно с осаждением металла из газовой фазы и радикальная полимеризация жидких мономеров, содержащих взвешенные в жидкости золи металлов.

Недавно была разработана новая техника твердофазного криохимического синтеза нанокомпозитов. Эта техника основана на совместной низкотемператур ной конденсации паров металла или полупроводника с парами мономера и низко температурной твердофазной полимеризации соконденсата. В этом случае рост частиц резко заторможен, что способствует формированию наноразмерных час тиц в полимерной матрице. Полимерная матрица препятствует агрегации наноча стиц при разогреве образовавшейся композитной системы и обеспечивает их стабильность в широком интервале температур. Такая техника позволяет полу чать композиты с высокой концентрацией металлических и полупроводниковых наночастиц, стабилизированных без использования поверхностно-активных ве ществ и стабилизаторов, которые экранируют поверхность частиц и влияют на их свойства.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

Одна из важнейших проблем – исследование электрических сенсорных эф фектов, обусловленных изменением проводимости полимерных нанокомпозит ных пленок под действием веществ, проникающих в композитные пленки из окру жающей среды. В последнее время обнаружен и изучен рост проводимости ком позитных пленок поливинилового спирта с наночастицами CuS под влиянием паров воды. Этот результат объясняется увеличением вероятности туннельного переноса электронов между полупроводниковыми наночастицами вследствие увеличения диэлектрической постоянной гидрофильной полимерной матрицы при поглощении паров воды. Кроме того, получены данные о влиянии различных веществ на электрическое сопротивление пленок из проводящих органических полимеров с сопряженными связями, а также таких пленок, содержащих различ ные модификаторы. Однако сенсорная чувствительность этих систем очень мала:

максимальное изменение сопротивления составляет около 10%. Принципиально иные результаты дают измерения проводимости композитных пленок поли-п ксилилена с металлическими или полупроводниковыми наночастицами, получен ных в НИФХИ им. Карпова в результате твердофазного криохимического синтеза.

В таких пленках с наночастицами PbO обнаружен чрезвычайно сильный рост проводимости при увеличении влажности воздуха, а также при наличии в воздухе аммиака и спирта в очень малых концентрациях. Проводимость аналогичных пленок с наночастицами Pd напротив значительно падает при малых давлениях водорода в газовой фазе. Сенсорные эффекты в этих пленках обусловлены из менением электронных свойств наночастиц (в частности, работы выхода) при адсорбции на частицах веществ из окружающей среды, что влияет на барьер туннельного переноса электрона между частицами. В отличие от известных полу проводниковых сенсоров, которые «работают» при высоких температурах, синте зированные нами пленки не требуют нагревания и показывают сенсорные эф фекты при комнатной температуре. Кроме того, эти пленки характеризуются бо лее коротким временем отклика. Важным преимуществом композитных полимер ных пленок является возможность в широких пределах варьировать электронные свойства внедренных в полимер металлических и полупроводниковых наноча стиц (электронное сродство, работу выхода электрона, ширину запрещенной зо ны полупроводника и др.) и, тем самым, влиять в нужном направлении на сенсор ные свойства пленок.

Метод диэлектрической спектроскопии позволяет определить несколь ко важных параметров исследуемых систем, таких, например, как комплекс ная диэлектрическая проницаемость, проводимость постоянного тока и им пенданс. Из данных о диэлектрическом отклике могут быть также рассчита ны функции макроскопической дипольной корреляции и времена диэлектри ческой релаксации. Эти параметры и функции чувствительны к мезоскопи ческим особенностям различных соединений, внедренных в поры материа лов, а также к геометрии пор и фрактальным размерам пористой среды. Они описывают общую картину динамики релаксации, связанную с поляризацией системы и механизмом переноса заряда. Материалы, которые могут быть допированы в порах, способны играть роль дипольных меток, позволяющих получить дополнительную информацию о кооперативных релаксационных ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

процессах, а также определить морфологию и структурные переходы, на блюдаемые в пористых системах. В литературе имеются лишь некоторые предварительные данные о диэлектрических свойствах пористых стекол и пористых полимерных матриц. Исследования этих характеристик позволяют получить важные данные о взаимодействии между частицами, а также о взаимодействии частиц с окружающей средой.

КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ОКСИДНЫХ И БЕСКИСЛОРОДНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С КЕРАМИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ НОВЫЕ И ТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ СЫРЬЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

ВЛИЯНИЕ Gа НА ФОРМИРОВАНИЕ КЕРАМИК ИЗ ОКСИДА ЦИНКА А.Х.АБДУЕВ, А.Ш.АСВАРОВ, А.К.АХМЕДОВ, Ш.О.ШАХШАЕВ Институт физики Дагестанского НЦ РАН, Махачкала cht-if-ran@mail.ru Керамика на основе оксида цинка, легированного галлием, является привлекательным материалом для dc магнетронного формирования про зрачных электродов в системах отображения информации, в солнечных элементах, в энергосберегающих технологиях.

В настоящей работе проведены сравнительные исследования структу ры и морфологии керамических мишеней с легирующей примесью, внесен ной в состав шихты в виде металла и оксида галлия.

Для изготовления однородных керамических мишеней нами был ис пользован порошок оксида цинка с чистотой 99.9, в который вносился ме таллический галлий (0.5...2 вес.%). При температуре, незначительно пре вышающей температуру плавления галлия, шихта тщательно перемешива лась. При этом происходит смачивание металлическим галлием поверхно сти частиц оксида цинка, что позволяет обеспечить равномерное распреде ление легирующей примеси по объему материала.

В ходе прессования пластичный металл выполнял роль связующего, не внося при этом загрязнений в керамику и атмосферу печи. Сравнение прессо ванных смесей с использованием металлического галлия и порошка оксида гал лия показало увеличение плотности при использовании металлического галлия.

Отжиг керамики производился в открытой атмосфере при температуре 1673 К в течение 4 час. Микрофотографии поверхности керамики (см. рису нок) свидетельствуют об отсутствии самостоятельной фазы оксида галлия.

Это подтверждают также данные рентгеноструктурного анализа.

Испытания синтезированных керамических мишеней ZnO:Ga показы вают высокую стабильность разряда при магнетронном распылении на по стоянном токе, а также хорошую устойчивость к термическим напряжениям, имеющим место при больших мощностях распыления.


ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО: ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА СЫРЬЯ Н.Е.АБЛЕСИМОВ, Ю.Г.МАЛОВА, К.С.МАКАРЕВИЧ Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск root@denis.khv.ru Исследовались образцы пород базальтового типа:

А) Базальт 4-БЛ Холдаминского месторождения образован полевыми шпа тами из группы плагиоклазов (андезит и лабрадор). Темноцветные минера лы представлены оливином и авгитом. Из вторичных минералов – хлорит и тальк и, в небольших количествах, силлиманит.

Б) Базальт Свиягинского месторождения (Приморский край, основное сырье Хабаровского завода «Стекловолокно», взят для сравнения) менее изменен (щелочные плагиоклазы, пироксен и оливин).

В) Образец диабаза состоит из кислых плагиоклазов и небольших количеств оливина и пироксена.

Все образцы подвергались механоактивационному воздействию в ак тиваторах трех типов: винтовой, вибрационный и планетарный. Время акти вации варьировалось от 5 до 20 мин. После механоактивационного воздей ствия во всех образцах наблюдалось уменьшение интенсивности основных пиков на рентгенограммах. Это свидетельствует о частичном разупорядочи вании кристаллической структуры плагиоклазов и пироксенов, т.е. имела место частичная аморфизация. Этот фундаментальный результат подтвер ждает наблюдавшееся ранее в работах Н.Е.Аблесимова явление. Наиболее устойчив к механическому воздействию оказался образец Свиягинского ба зальта (наименее измененный, оливинсодержащий). Этот факт объясняет результат, полученный ранее Н.Е.Аблесимовым при создании порошкового износостойкого материала на основе железа, где в качестве добавки приме нялся оливиновый базальт. Наибольшую степень аморфизации для образца 4-БЛ удалось получить в планетарной мельнице – наиболее энергонапря женном аппарате.

Исследования образцов базальтов из различных месторождений мето дами рентгенофазового (РФА) и дифференциально-термического анализов (ДТА) дают исчерпывающую картину степени измененности системы. Отме тим, что слабоизмененный Свиягинский базальт является очень качествен ным сырьем для получения базальтового волокна. Таким образом, фазово элементный состав исходной породы влияет на технологичность процесса плавки и качество получаемого базальтового волокна. Для экспресс-оценки месторождений предлагается использовать комбинацию двух методов, по зволяющих экономить вещество образца и время эксперимента. Для срав нения укажем, что РФА и ДТА требуют для анализа 1 г пробы, опробование в лаборатории ФНЦП «Алтай» – 1 кг, а заводская опытная плавка – 20 кг.

Работа поддержана грантом РФФИ и правительства Хабаровского края № 01-03096306.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

ХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ФАРФОР С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ УЗБЕКИСТАНА Ж.И.АЛИМЖАНОВА Ташкентский химико-технологический институт, Ташкент, Узбекистан abbos25@mail.ru В инфраструктуре народного хозяйства Узбекистана одно из важных мест занимает керамическая промышленность. Вынужденный переход на местное сырье с развитием рыночной экономики стал основной причиной существенного снижения качества выпускаемых изделий, потери их конку рентоспособности и резкого сокращения объема производства на имеющих ся фарфоровых заводах. Это обстоятельство требует выполнения работ по изысканию новых видов высокосортного сырья для фарфоро-фаянсовой промышленности Узбекистана с целью обеспечения ее надлежащей сырье вой базой, позволяющей производить продукцию высокого качества.

В работе изучены химико-минералогический состав и технологические свойства новых месторождений местного каменистого сырья – полевого шпата Лолабулакского месторождения и жильного кварца месторождения Джом с целью получения на их основе фарфора хозяйственно-бытового назначения.

По химическому составу Лолабулакский полевой шпат является высо косортным сырьем для фарфоровой промышленности, поскольку содержа ние Fe2O3 в нем составляет 0.18%, а TiO2 – 0.01%. По минералогическому составу порода состоит из микроклина и кварца, в виде примесей присутст вуют кальцит и гидрослюда. Жильный кварц месторождения Джом содержит 97.76% SiO2, количество хромогенных оксидов не превышает 0.31%. Кроме кварца в качестве примесей в нем имеется полевой шпат.

В опытных массах для получения хозяйственного фарфора были ис пользованы первичный обогащенный ангренский каолин, ангренская туго плавкая глина, лолабулакский полевой шпат и жильный кварц месторожде ния Джом. Подобранная оптимальная масса по всем свойствам отвечает требованиям ГОСТа 28390-89 и превосходит показатели производственной массы. Водопоглощаемость образцов после обжига при 1350°С составляет 0.10%, объемная масса 2.43 г/см, механическая прочность при изгибе 106 МПа, термостойкость 14.0 циклов, белизна 65%. Сумма красящих окси дов в составе массы равняется 0.719%, сумма щелочей – 4.26%. Кристал лическими продуктами обжига фарфоровой массы являются муллит, кварц и кристобалит. Натурные образцы, полученные из оптимальной массы в производственных условиях, обладают относительно высокой белизной, хорошим товарным видом и соответствуют первому сорту.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦИРКОНИЕВОЙ КЕРАМИКИ В УЗЛАХ ТРЕНИЯ A) B) B) B) В.В.АЛИСИН, М.А.ВИШНЯКОВА, В.П.ВОЙТИЦКИЙ, Е.Е.ЛОМОНОВА A) Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН, Москва B) Научный центр лазерных материалов и технологий Института общей физики РАН, Москва pc46@imash.ru, lomonova@lst.gpi.ru Масштабы применения в узлах трения керамических материалов на основе оксида циркония устойчиво возрастают вследствие сочетания высо ких характеристик прочностных свойств и трещиностойкости. Эксперимен тальных данных по трибологическим свойствам циркониевых керамик очень мало, и в основном они получены в условиях сильного форсирования режи мов трения, при которых плотность теплового потока, образующегося в про цессе диссипации работы трения, столь значительна, что приводит к струк турным изменениям в поверхностных слоях керамических образцов. Поэто му получаемые трибологические характеристики не могут служить основа нием для проектирования реальных узлов трения. В данной работе изуча ются трибологические свойства циркониевых керамик при трении без смазки по стальному и керамическому контртелу в диапазоне контактных давлений 2.5…25 МПа и скорости скольжения 0.2…20 м/с, который охватывает значи тельный диапазон режимов трения в конструкциях реальных узлов. Испыта ния проводились по схеме «диск-палец» на установке УМТ-1. Пальчиковые керамические образцы были выполнены в виде стержней диаметром 8 мм, контртело – диски диаметром 120 мм изготавливались из инструментальной стали У10А твердостью НRC 49 и спеченной керамики состава ZrO2 + 17% церия. В процессе экспериментов записывался момент трения, по которому рассчитывался коэффициент трения, а по разности линейных размеров оп ределялся износ и соответственно линейная интенсивность изнашивания, равная отношению величины износа к пути трения.

Объектами исследования являлись: нанокристаллический материал нового поколения на основе диоксида циркония, получаемый методом на правленной кристаллизации расплава со стабилизирующими добавками Y2O3 различного процентного состава;

спеченные циркониевые керамиче ские материалы с добавками церия, магния и Y2O3, а также поликристалли ческий алмаз, как эталон сравнения.

Экспериментально установлено, что, наряду с высокими прочностными свойствами и высокой износостойкостью керамических материалов, они обладают большим коэффициентом трения в условиях трения без смазки.

При эксплуатации узлов трения машин это приводит к тому, что при нару шении граничного слоя смазки происходит локальный нагрев поверхности, приводящий к разрушению в объеме керамической детали. Трибологические характеристики керамик существенно зависят от химического состава, вида стабилизатора, исходного количества моноклинной фазы на поверхностях ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

трения, размера зерен и др., а также внешних условий трения. Например, для трибосопряжения ЧСЦ-кристалл (3% Y2O3) – сталь У10А установлено, что с ростом скорости скольжения в диапазоне 0.7…1.65 м/с коэффициент трения снижается примерно в 1.5 раза, а общий диапазон изменения коэф фициента трения этой пары 0.32…0.65;

с ростом контактного давления 2.86…18.6 MПа коэффициент трения снижается примерно в 1.6 раза. Коэф фициенты трения в начальный момент опытов при испытании на изнашива ние примерно на 30% меньше, чем в момент завершения опытов (трение в установившемся режиме), когда на поверхности трения присутствует темная пленка. Рентгеноспектральный анализ структуры этих пленок, выполненный на электронном микроскопе, показал, что их состав соответствует окислам железа.

Величины коэффициентов трения для трибосопряжений керамика– керамика в два–три раза меньше, чем для трибосопряжения керамика– сталь У10А, однако суммарная износостойкость сопряжения существенно выше для трибосопряжения керамика–сталь.

ИЗНОСОСТОЙКИЕ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ В.В.АЛИСИН, А.А.ВЛАДИСЛАВЛЕВ, М.Н.РОЩИН Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН, Москва vva@imash.ru В тяжело нагруженных трибосопряжениях, работающих при контактных давлениях Р=2.5...20МПа и скоростях скольжения V=0.5...3.0м/c, использо вание металлокерамических покрытий позволяет повысить ресурс машин в несколько раз и уменьшить потери на трение.

Покрытия на рабочие поверхности наносились сверхзвуковым генера тором плазмы, разработанным в ИМАШ РАН. Инжекция порошкового материала осуществлялась в дозвуковую область течения плазмы. В качестве пластичной матрицы использовались сплавы системы Ni–Cr–B–Si, интерметаллиды: Ni–Al, Ni–Ti, твердые растворы Ni–Cr и термореагирующие металлы Ni–Al, в качестве упрочняющей фазы – Al2O3 и WC, (10...20мкм).

Концентрация упрочняющей фазы изменялась в пределах 20...60%. Для увеличения прочностных характеристик металлокерамических покрытий детали и образцы предварительно нагревались до Т=400°С.

Исследования триботехнических характеристик покрытий проводились на машине трения УМТ1. Была реализована схема трения торец кольцевого образца (контртело) по плоскости с нанесенным покрытием. Коэффициент перекрытия 0.5, смазка – смесь масел индустриальное И20 и турбинно го.Путь трения L=105м. Материал контртела БрОФ 6,5-0,15 и сталь 40Х, твердость HRC 46...48. Плоский образец крепился к фланцу, имеющему во дяное охлаждение. Наилучшие результаты показали покрытия из сплава системы Ni–Cr–B–Cr c 20% Al2O3 весовыми. Дальнейшее повышение содер жания оксида алюминия в покрытии приводит к повышению хрупкости и к ухудшению обрабатываемости шлифованием. В процессе нанесения по ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

верхность частиц порошкового материала матрицы подвергалась диффузи онному насыщению углеродом. В качестве транспортирующего газа исполь зовался ацетилен. Толщина покрытий после шлифования составляла 0.3...0.4 мм. Шероховатость не более 0.8 мкм. Микротвердость матрицы H50 = 16500МПа, микротвердость упрочняющей фазы (Al2O3), H50 =33000МПа.

Металлографические исследования образцов покрытий выявили равномер ное распределение деформированных частиц оксида алюминия, отсутствие трещин как в покрытии, так и по границе раздела основа (сталь 40Х) – по крытие. Пористость менее 3%. При скоростях скольжения V=2.25 м/c и кон тактных давлениях P10 МПа, на базе трения L=10 м интенсивность изна шивания материала аппаратурно не обнаружена. Предположительно, имеет место избирательный перенос материала контртела БрОФ 6,5-0,15. Толщи на слоя бронзы на дорожке трения составляет 2...3 мкм. Интенсивность изна шивания БрОФ 6,5-0,15 I10-9...10-10. При скоростях скольжения V=2.25м/c и контактных давлениях P10 МПа интенсивность изнашивания материала -10 - покрытия I5.31·10. Интенсивность изнашивания БрОФ 6,5-0,15 I6.29·10.

Коэффициент трения f0.062. При уменьшении шероховатости поверхности покрытия интенсивность износа пары трения и коэффициент трения значи тельно уменьшаются. При испытаниях в диапазоне скоростей V=0.05...2.5м/с и давлении P=0.5...20 МПа задир не наблюдался. Интенсивность изнашива ния закаленной стали 40Х при V=2.25 м/с и Р=10 МПа в три раза выше, чем у металлокерамического покрытия.

По результатам исследований была разработана технология и обору дование для сверхзвукового плазменного нанесения металлокерамического покрытия на внутренние поверхности цилиндровых втулок тепловозных ДВС и вакуумных механических насосов (трансзвуковое нанесение).

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ КОМПЬЮТЕРНЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ О.Е.АМОСОВА, Ю.А.ТКАЧЕВ Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар amosova@geo.komisc.ru Свойства композиционных материалов, создаваемых обработкой сыпучих смесей, в значительной степени зависят от структуры этих смесей. Под структу рой здесь понимается распределение частиц сыпучего материала по размерам, форме, взаимному расположению, координационным числам частиц, сфериче скому распределению точек касания, пористости, размерам и форме каналов.

Компьютерное моделирование сыпучей смеси имитировало реальный про цесс седиментации. Алгоритм процесса моделирования приведен в работе [1].

К настоящему времени проведено моделирование и исследование мо норазмерных и двухразмерных смесей. При этом исследовались как насы щенные, так и недосыщенные и пересыщенные в 1.5–2 раза мелкой фрак цией. Насыщенная смесь – мелкая фракция, которая по объему в точности заполняет поровое пространство, образуемое крупной фракцией. Очевидны ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

определения недосыщенных и пересыщенных смесей. Для моделирования двухразмерных смесей с заданным значением насыщенности n/nнас мелкой фракцией вычисляли n1 и n2 – количество крупных и мелких частиц на еди ницу объема:

4 3 4 n1 = 0.58 /, n2 = (1 0.58)0.58 / М, К 3 2 3 где 0.58 – доля объема, занятого частицами моноразмерной смеси. Понятие насыщенности имеет смысл, когда диаметр частиц мелкой фракции не больше размера пор.

Был разработан комплекс процедур для изучения полученной смеси. В качестве «инструментов» использовались отрезок переменного размера, пробный шар переменного диаметра и плоские сечения смеси.

Эксперименты заключались в вычислении с помощью разработанных методик и написанных на их основе программ пористости, поперечника по ровых каналов, долей крупных и мелких частиц, составляющих каркас и матрикс смеси [2, 3].

Компьютерным моделированием обнаружена фундаментальная харак теристика сыпучей смеси сферических частиц – ее анизотропия с выделен ным вертикальным направлением. Эта характеристика может использовать ся в качестве дискриминатора сыпучих смесей от скопления сферул, воз никших под действием сил взаимного притяжения другой природы.

1. Амосова О.Е. // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмен та: Материалы 5-ой научной конференции Института геологии Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар, Геопринт, 1996. С.3–5.

2. Амосова О.Е. // Нефтегазовая геология на рубеже веков. Прогноз, поиски, разведка и освоение месторождений: Доклады юбилейной конференции. Т. 1. Санкт-Петербург, 1999. С. 328–336.

3. Ткачев Ю.А., Амосова О.Е. // Вестник Института геологии. 1999. №2. С. 3–5.

ОКСИДНЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ГАФНИЙ, КАК ТВЕРДЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ Л.В.БАЛСАНОВАA), Б.Г.БАЗАРОВB), Ж.Г.БАЗАРОВАB) A) Бурятский государственный университет, Улан-Удэ B) Байкальский институт природопользования, Улан-Удэ Jbaz@binm.baikal.net Методами РФА, ДТА изучены системы Li2MoO4-М2MoO4-Hf(MoO4)2 (М – одновалентные элементы) в субсолидусной области и получено новое се мейство тройных молибдатов одно-одно-четырехвалентных металлов со ставов Me5(Li1/3Hf5/3)(MoO4)6 (Me = Na, K, Rb, Tl) (S1), Me3LiHf2(MoO4)6 (Me = Na, K, Rb, Tl) (S2) и RbLiHf(MoO4)3 (S3).

Проведено повторное рентгенографическое исследование фазообра зования в системах Na2MoO4-M(MoO4)2 (M = Zr, Hf), являющихся боковыми сторонами тройных систем. Показано, что наряду с уже ранее известными двойными молибдатами состава Na2M(MoO4)3 (M = Zr, Hf) и Na4Zr(MoO4)4 в ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

области, богатой молибдатом натрия существует новое соединение – Na8Hf(MoO4)6. В индивидуальном состоянии фаза Na8Hf(MoO4)6 получена по керамической технологии. Дифрактограммы со спеков этого состава индивиду альны и совпадают с дифрактограммами с растертых кристаллов. Получены монокристаллы и решена кристаллическая структура данного соединения – Na8Hf(MoO4)6 (a = 20.661(3), b = 9.816(1), c = 13.796(3), = 113.47(1)°, Z = 4, пр. гр. С2/с, R = 0.023).

Определены кристаллографические и термические характеристики синтезированных соединений.

Изучены электрические свойства керамических тройных молибдатов состава Me5(Li1/3Hf5/3)(MoO4)6 и Me3LiHf2(MoO4)6, Me=Rb, Tl.

Удельная проводимость фаз Tl5(Li1/3Hf5/3)(MoO4)6 и Tl3LiHf2(MoO4)6 со ставляет ( = 1.210-3 Ом-1см-1) и ( = 2.510-3 Ом-1см-1) соответственно. Вы сокая ионная проводимость Tl5(Li1/3Hf5/3)(MoO4)6 и Tl3LiHf2(MoO4)6 позволяет отнести их к перспективным материалам для использования в качестве твердых электролитов.

Работа поддержана грантом РФФИ (№ 04-03-32714).

КАРБИДООБРАЗОВАНИЕ В ПРИСУТСТВИИ УГЛЕРОДНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ С РАЗЛИЧНЫМИ СВОЙСТВАМИ К.В.БАУЭРA), Н.П.НОНИШНЕВАA), С.А.ПОДКОПАЕВA), А.А.СВИРИДОВA), В.А.ТЮМЕНЦЕВB) A) ОАО «Челябинский электродный завод», Челябинск B) Челябинский государственный университет, Челябинск bauer@chez.ru Углеродные композиционные материалы занимают лидирующее поло жение во всех областях технической деятельности человека. Особое место отводится карбидокремниевым композиционным материалам, изделия из которых способны обеспечить жизнеспособность конструкций при комплекс ном воздействии высоких температур, химически агрессивных сред, эрозии твердыми частицами.

Из выпускаемых карбидокремниевых изделий наиболее высокими свой ствами, такими как твердость, низкая пористость, обладают самосвязанные (реакционноспеченные) материалы, их структура представляет непрерыв ный карбидокремниевый каркас, а содержание карбида кремния достигает более 90%. Преимуществом технологии изготовления изделий из самосвя занного карбида кремния является возможность управления свойствами с помощью изменения структуры материала.

Одним из способов управления свойствами материала является ис пользование углеродных наполнителей различной структуры.

В данной работе представлены результаты исследования реакцион ной способности различных углеродных наполнителей к расплаву кремния. В качестве наполнителей при изготовлении модельных образцов для испыта ния были взяты: нефтяной прокаленный кокс, пековый кокс, термоантрацит, смоляной кокс, сажа П 803 и ламповая сажа.

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СЫКТЫВКАР, 20-27 июня 2004 г.

По результатам исследований установлено, что для изделий, тре бующих высокого содержания карбида кремния и минимального количе ства свободного углерода, целесообразно использование в качестве угле родного наполнителя сажи. Нефтяной и пековый коксы целесообразно при менять для получения изделий антифрикционного назначения с более высо ким содержанием углерода. Термоантрацит обладает высокой реакционной способностью по отношению к кремнию, что представляет особый ин терес для разработки технологии микропористых футеровочных домен ных и боковых блоков для черной и цветной металлургии.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.