СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

Е.В. Морозов, А.С. Демин, В.Н. Пименов, В.А. Грибков, В.В. Рощупкин, С.А. Масляев,

С.В. Латышев, Е.В. Демина, Е.Е. Казилин, А.Г. Кольцов, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар

Особенности повреждаемости и структурных изменений в поверхностном слое вольфрама

при импульсном воздействии лазерного излучения, потоков ионов и плазмы......................................................................5

Изучена деградация поверхностного слоя вольфрама, приготовленного с использованием

двустороннего прессования, при воздействии на него импульсного лазерного

излучения в режиме свободной генерации (плотность мощности q=10⁵-5·10⁶ Вт/см²,

длительность импульса t=0,7 мс) и модулированной добротности (q=10⁹-10¹⁰ Вт/см²,

t=80 нс) и плазменно-пучкового воздействия в установках Плазменный Фокус (ПФ)

при q=10⁸-10¹² Вт/см2, t=10-100 нс. Определены особенности повреждаемости, эрозии

и структурных изменений в поверхностном слое вольфрама при различных условиях

облучения. Показано, что использование установок ПФ и лазеров перспективно для

имитации экстремального радиационно-термического воздействия на материалы,

реализуемого в установках термоядерного синтеза с магнитным и инерциальным

удержанием плазмы.

Ключевые слова: импульсное лазерное облучение, плазменный фокус, повреждаемость

поверхности, структурные изменения

Функциональные покрытия и обработка поверхности

Н.Н. Назаренко, А.Г. Князева, Е.Г. Комарова, М.Б. Седельникова, Ю.П. Шаркеев

Связь структуры и эффективных диффузионных свойств пористых цинк-

и медь-содержащих кальцийфосфатных покрытий.............................................................................................................19

Исследована морфология и структура цинк- и медьсодержащих кальцийфосфатных

покрытий, нанесенных методом микродугового оксидирования при различном

напряжении на подложки из чистого титана и низкомодульного сплава Ti-40 масс.%

Nb. Морфология микродуговых покрытий на обеих подложках представлена

сфероидальными образованиями размером 8-42 мкм и порами размером 1-15 мкм. С

повышением напряжения при осаждении покрытий от 200 до 300 В эти структурные

элементы увеличиваются в размерах и частично разрушаются. Обнаружено, что при

повышении напряжения поверхностная пористость микродуговых покрытий линейно

возрастает от 14 до 24%. Установлено, что эффективные коэффициенты диффузии

модельной биологической жидкости в пористых покрытиях изменяются от 0,85·10^–10

до 9,0·10^–10 м²/с. С увеличением размеров структурных элементов эффективный

коэффициент диффузии модельной биологической жидкости в микродуговых покрытиях

на титане увеличивается, а на сплаве Ti-40 масс.% Nb — уменьшается, что связано с

увеличением доли кристаллической фазы.

Ключевые слова: эффективный коэффициент диффузии, пористость, микродуговое

оксидирование, кальцийфосфатное покрытие, технически чистый титан, сплав

Ti-40 масс.% Nb.

Ю.А. Железнов, Т.В. Малинский, Ю.В. Хомич, В.А. Ямщиков

Влияние сканирующего пучка наносекундных лазерных импульсов

на микротопографию керамических покрытий Al2O3..........................................................................................................31

Методами атомно-силовой микроскопии исследована возможность изменения

микротопографии поверхностей керамики Al2O3 наносекундными лазерными

импульсами. Определены характерные формы и размеры лазерно-модифицированных

поверхностных микроструктур. Показано влияние плотности поглощенной энергии и

длины волны лазерного излучения на характерные размеры получаемых структур.

Ключевые слова: лазерная обработка, поверхность, микротопография, керамика.

Композиционные материалы

А.Г. Мейлах, Ю.В. Концевой, А.Б. Шубин, Э.А. Пастухов, И.С. Сипатов

Активированное спекание порошков Cu-Al2O3.......................................................................................................................37

Исследованы процессы консолидации и активированного спекания Cu-1% Al2O3

композиционных материалов (КМ) на основе микро- и нанопорошков меди, Al2O3 и

их прекурсоров. Оптимизированы состав активной добавки и способ ее применения

в виде смеси оксалатов 0,5 масс.% CoC2O4 + 2-2,5 масс.% CuC2O4. Выявлен механизм

и эффективность активированного спекания в процессах уплотнения и его влияние на

структуру и твердость КМ. Установлено, что разложение оксалатов кобальта и меди

при нагревании в водороде синхронизирует активированное восстановление оксидов

меди и выделение газообразных продуктов, поддерживающих проницаемость КМ. При

однократном прессовании активированное спекание обеспечило получение КМ Cu-

1% Al2O3 с повышенной до 8,4 г/см3 плотностью, твердостью до 780 МПа, что в два раза

выше твердости чистой меди, и гомогенной структурой с размером зерна 1-3 мкм.

Ключевые слова: композиционные материалы, дисперсное упрочнение, активированное

спекание, рафинирование, структура, физико-механические свойства.

А.Г. Жолнин, Е.А. Кляцкина, Е.Г. Григорьев, М.Д. Сальвадор, А.А. Мисоченко,

П.Л. Доброхотов, М.Г. Исаенкова, М.А. Синайский, В.В. Столяров

Спарк-плазменное спекание нанокомпозита Al2O3–графен..................................................................................................47

Исследовано влияние добавок 0,5-2 масс.% графена на свойства нанокомпозита

Al2O3, полученного методом спарк-плазменного спекания. На образцах с различным

содержанием графена проведены измерения плотности, микротвердости, коэффициента

трения пары композит–рубин и скорости износа композита при трении. Проведены

фрактографические исследования излома и поверхности дорожек износа, а также

рентгеноструктурный анализ композита. Установлено, что добавка графена увеличивает

микротвердость и на два порядка уменьшает скорость износа при трении за счет

отсутствия выкрашивания зерен.

Ключевые слова: нанопорошки, оксид алюминия, графен, спарк-плазменное спекание.

А.А. Аушев, А.Н. Баландина, Е.Н. Гришин, О.Б. Дреннов, А.М. Подурец, М.И. Ткаченко

Особенности одноосного и двухосного деформирования контактной границы металлов при сварке взрывом............55

Методами рентгеноструктурного анализа и растровой электронной микроскопии

исследован характер деформирования контактной границы (сварного шва) между

разнородными металлами (Cu-Ti, Cu-Al), формирующейся при сварке взрывом.

Показано, что при двухосном динамическом нагружении происходит значительная

пластическая деформация зоны контакта и ее разогрев до более высоких температур, что

подтверждается образованием интерметаллидов в сварном шве. Уровень пластической

деформации зоны сварного шва можно оценить по температуре кристаллизации

интерметаллидов.

Ключевые слова: сварка взрывом, пластическая деформация, контактная граница,

интерметаллиды, температура солидуса.

А.С. Мостовой, А.Н. Леденев

Модифицирование эпоксидных полимеров нанодисперсным кремнием..............................................................................61

Показано, что введение нанодисперсного кремния в эпоксидную композицию приводит к

повышению физико-механических свойств композита — модуля упругости и прочности

при растяжении, сжатии и изгибе, ударной вязкости и твердости. Введение малых

добавок Si также повышает коэффициент теплопроводности эпоксидной композиции в

2 раза и снижает ее термическое сопротивление. Установлено оптимальное содержание

наноструктурирующей добавки Si (0,1 масс.ч.), обеспечивающее максимальные

механические и телофизические свойства полимерного композита.

Ключевые слова: эпоксидная смола, модифицирующие добавки, нанодисперсный

кремний, физико-химические и механические свойства.

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Г.Н. Кожемякин, Ю.С. Белов, Б.М. Логинов, А.Н. Паращенко, С.С. Романенко

Особенности микроструктуры экструдированных кристаллов халькогенидов висмута и сурьмы ..............................67

Исследована микроструктура кристаллов термоэлектрических материалов твердых

растворов (Bi2Te3)x-(Sb2Te3)1–x ( x≈0,26 мол.%) и (Bi2Se3)x-(Bi2Te3)1–x ( x≈0,06 мол.%) p- и

n-типа проводимости соответственно, полученных методом экструзии. Установлено, что

экструдированные слитки твердых растворов являются поликристаллическими и состоят

из вытянутых вдоль оси слитка кристаллитов размерами 1-30 и 1-50 мкм в материалах

n- и в p-типа проводимости. Разработана программа интеллектуального анализа образов,

позволившая определить, что большая часть кристаллитов имеет размер 1-10 мкм в

образцах p-типа и 1-20 мкм в образцах n-типа и близкую друг к другу ориентацию.

Ключевые слова: микроструктура, кристаллы, термоэлектрические материалы, метод

экструзии, программа интеллектуального анализа.

П.Ю. Гуляев, М.К. Котванова, А.И. Омельченко

Нанотехнологии обработки и получения сложных оксидов переходных металлов

с высоким фототермическим эффектом..............................................................................................................................74

Исследована возможность создания биофункциональных наночастиц из продуктов

самораспространяющегося высокотемпературного синтеза сложных оксидов

состава AхO·BОy (A=К, Н, Na; B=Ti, Mo, W; 0<x<2; y=2, 3). Путем применения

операций фрагментации, разделения наночастиц по размерам, магнитной сепарации

и функционализации биосовместимыми гелями (крахмал, поливинил-пиролидон)

получены наночастицы (5-10 нм) и стабильные коллоидные растворы наночастиц в воде.

Разработаны оптические методы контроля размеров наночастиц в растворе. Измерены

оптические спектры поглощения коллоидных растворов наночастиц KxWO3, на длинах

волн λ=1,45 и 1,56 мкм измерены монохроматические коэффициенты поглощения

растворов наночастиц бронз при концентрациях коллоида от 10 до 35 мг/мл. Сравнение

величины фототермического эффекта показало, что наибольший фототермический

эффект при воздействии лазерного излучения (λ=1,45 мкм) имеют наночастицы K0,4WO3.

Обнаружено, что после механической обработки сложного оксида состава KxTiO2

порошок приобретает магнитные свойства. Измерена температурная зависимость

электропроводности порошка KxTiO2 в интервале температур 25-270°С и показано, что

при нагреве до ~200°С электропроводность увеличивается на порядок. Полученные

результаты могут быть использованы для создания биофункциональных наноматериалов

с высоким фототермическим эффектом.

Ключевые слова: нанотехнологии, СВС, механическая обработка, сложные оксиды

переходных металлов, биофункциональные наночастицы, фототермический эффект,

лазерное излучение.

Ю.В. Соколова, А.М. Айзенштадт

Оценка дисперсионного взаимодействия в алюмосиликатной системе под действием органической добавки............83

Проведена оценка дисперсионного взаимодействия в алюмосиликатной системе

(глинистый грунт) под действием органической добавки (глиоксаля). За основной

критерий был принят термодинамический параметр — поверхностное натяжение на

границе раздела фаз “твердое тело-раствор”, определенный методом ОВРК (Оунса-

Вендта-Рабеля-Кьельбле). В качестве модели глинистого грунта был выбран сапонит-

содержащий отход (ССО), выделенный из суспензии оборотной воды промышленного

обогащения руд месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова. Определен оптимальный

состав органической добавки для укрепления алюмосиликатных систем природного

происхождения. Установлено, что при содержании 0,52 масс.% глиоксаля наблюдается

полная стабилизация системы “органическая добавка–глинистый грунт”. Методом

растровой электронной микроскопии исследованы микроструктурные особенности

глинистого грунта, стабилизированного органической добавкой, Установлено, что после

завершения процесса полимеризации глиоксаля в реакционной системе формируется

монолитная структура, состоящая из частиц алюмосиликатных пород, прочно связанных

органическим субстратом.

Ключевые слова: алюмосиликатная система, глинистый грунт, органическая добавка,

глиоксаль, сапонит-содержащий материал, поверхностное натяжение, периодическая

коллоидная структура.