ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК

Предметом рассмотрения многих научных работ являются оксиды иттрия и алюминия, а также сложные иттрий-алюминиевые оксидные композиции. Во многом, проявляемый к ним интерес определяется потребностью современной оптоэлектронной техники в материалах с улучшенными оптическими, физико-химическими и механическими свойствами. В подавляющем большинстве работ внимание исследователей сконцентрировано на индивидуальных оксидных фазах, а также фазах граната и перовскита. Исследование композиций сложного фазового состава ограничены, несмотря на потенциальные возможности их применения в качестве компактных люминесцентных сенсоров электромагнитного излучения и в ряде других применений. Люминесцирующие порошки сложного фазового состава на основе оксидов иттрия и алюминия при атомарном соотношении Y3+ : Al3+ = 3 : 5 нами синтезированы термическим разрушением активированных европием(III) гелеобразных систем, приготовленных на основе этилацетата (ЭА). Основными компонентами порошков в зависимости от состава исходных смесей и условий синтеза являются оксиды иттрия, европия, сложные оксиды иттрия и алюминия, а также оксифториды иттрия различного состава. Ионы Eu3+ формируют активаторные центры в структуре оксидных и оксифторидных фаз. Люминесценция порошков связана с возвращением 4f-электронов ионов Eu3+ из метастабильного 5D0 в основное электронное состояние. Возбуждение люминесценции происходит в результате перехода электронов из основного 7F0 в возбужденные электронные состояния, переноса энергии колебательного движения оксоанионной матрицы на возбужденные уровни энергии и перехода 2р-электронов ионов кислорода на вакантные 4f-орбитали ионов Eu3+. Изменения мультиплетности и интенсивности полос и их отдельных компонент в спектрах связаны с вхождением атомов фтора в состав европиевых активаторных центров и влиянием ионов Al3+ на их симметрию в фторированных иттрий-алюминиевых оксидных фазах. Искажение параметров элементарных ячеек подтверждает глубокое взаимодействие фаз, оказывающее влияние на симметрию и люминесценцию активаторных центров, которые начинают формироваться в результате сильного координационного взаимодействия солей в исходном растворе и далее в гелеобразной системе на основе этилацетата.

В работе исследовано изменение морфологии и износостойкости металлорежущих пластин из твердого сплава ВК8 при воздействии мощного ионного пучка (МИП) наносекундной длительности: состав - 30 %H+ + 70 % C+, плотность тока пучка j = 150 А/см2, средняя энергия частиц E = 200 кэВ. В экспериментах варьировалось число импульсов облучения (n) = 1, 3, 10. Установлено, что данные режимы облучения приводят к оплавлению поверхности твердого сплава, возникновению кратеров и микротрещин в поверхностном слое. Определены режимы облучения, позволяющие повысить ресурс работы режущих пластин на 40 % в сравнении с исходными при обработке жаропрочного хромоникелевого сплава ХН62БМКТЮ.

В статье рассмотрен процесс образования микротрещин металлокерамических плат в зоне локализации межслойных переходов, сформированных на основе вольфрамовых двухфракционных металлизационных паст со средним размером частиц 0,9 и 2,0 мкм, обеспечивающих электрическую связь между коммутационными слоями корпусов микросхем. Проведено исследование влияния «форм-фактора» межслойных переходов, их структуры и плотности размещения на процесс трещинообразования металлокерамических плат. Выявлен размерный эффект прямо-пропорциональной зависимости температурной усадки межслойных переходов от диаметра и плотности их размещения на плате, оказывающий значимое влияние на трещинообразование плат в зоне межслойных переходов. Установлено, что дисперсность порошкового наполнителя пасты, предназначенной для формирования межслойных переходов, оказывает значимое влияние на степень согласованности температурных усадок керамики и межслойного перехода, а значит и на величину напряжений на границе рассматриваемой системы элементов, которые способствуют образованию микротрещин. Выявлено, что тороидальная форма межслойного перехода, характеризующаяся наличием цилиндрической полости, которая в свою очередь является инициатором тангенциальных напряжений в объеме перехода, приводит к образованию микротрещин. При этом, сплошные межслойные переходы имеют повышенную устойчивость к температурным воздействия, но не исключают возможность образования микротрещин на границе «керамика - межслойный переход». Рассмотрены условия образования межслойных переходов тороидальной формы диаметром от 0,1 до 0,5 мм. Установлено доминирующее влияние вязкости металлизационных вольфрамовых паст в диапазоне от 1000 до 70000 Пуаз на возможность образования цилиндрической полости в объеме межслойного перехода. Предложены практические методы предотвращения их появления. Приведена оценка тангенциальных напряжений в объеме межслойных переходов тороидальной формы. Доказано, что образование внутренней полости в центре межслойного перехода, при его формировании, приводит к уменьшению температурной усадки на 4 % относительно значений температурной усадки сплошного межслойного перехода. Сравнительный анализ температурных усадок проводился для металлокерамических плат, содержащих в своем объеме межслойные переходы от 0,3 до 0,5 мм.

В статье рассмотрено улучшение технологического процесса прессования политетрафторэтилена, с целью повышения его эксплуатационных свойств, долговечности и износостойкости для использования в полимерных композиционных материалах применяемых в деталях различных узлов трения. Проведено сравнение влияния технологических режимов прессования на механические свойства, триботехнические характеристики, рельеф поверхности трения, а также на надмолекулярную структуру политетрафторэтилена. В результате исследований установлено, что применение технологического режима ультразвукового прессования с частотой 17 кГц и одновременно наложенной низкочастотной амплитудной модуляцией 100 Гц для прессования изделий из политетрафторэтилена, позволяет повысить предел прочности при растяжении на 9 %, относительное удлинение на 9 %, модуль упругости на 6 % и снизить интенсивность массового изнашивания на 22 %, коэффициент трения на 24 %. Использование низкочастотной модуляции приводит изменению рельефа поверхности трения и к получению более равномерной, упорядоченной и однородной структуры ПТФЭ.

Изучен процесс кристаллизации воды подвергшейся влиянию высокочастотным электромагнитным полем частотой 30-200 МГц. В качестве объекта воздействия была выбрана талая вода, полученная расплавлением льда, в качестве предмета отклика - размер ледяного керна при кристаллизации воды. Дополнительным фактором было использовано время выдержки воды после полевого воздействия, которое варьировалось от 0 до 21 суток. Проведено сопоставление эффективности полевого воздействия с ранее полученными результатами, где в качестве объекта воздействия использовалась дистиллированная вода. Сопоставление результатов выявило существенное отличие в восприятии высокочастотного поля водой различного происхождения. Максимальное совпадение зависимостей наблюдается для частот 200 и 60 МГц. Набольшее расхождение - для всех остальных частот 30, 90, 110, 140 и 170 МГц. для частоты 170 МГц наблюдается существенная дифференциация изменений размеров керна: для малых времён существенны изменения для дистиллированной воды, для максимальных - для талой. Примерно такая же зависимость наблюдается и в случае частоты 90 МГц. Тогда как для частоты 140 МГц наблюдаются слабые изменения при малых временах выдержки после полевого воздействия, и очень существенные при максимально исследованном времени - 21 сутки. Для частоты 110 МГц талая вода проявила очень слабый отклик на полевое воздействие, по сравнению с дистиллированной. Столь существенная дифференциация результатов полевого воздействия для талой воды и дистиллата, по-видимому, является следствием сложной внутренней организации как дистиллированной, так и талой воды. Предложено объяснение наблюдаемым зависимостям, которое базируется на современном представлении о полиморфном представлении о структурной организации воды и специфическом восприятии каждой структурной организации полевого воздействия.

С каждым годом в мире количество цифровой информации нелинейно возрастает. Эта тенденция делает необходимым поиск новых современных элементов памяти, для чего требуется решение задач материаловедения, в частности отработки технологии осаждения тонких пленок диэлектриков, обладающих принципиально новыми свойствами, обусловленными электромиграцией в них кислородных вакансий или атомов металла. В статье представлены результаты разработки процесса осаждения и исследования пленок диоксида титана модифицированного (легированного) медью для создания на этой базе запоминающих устройств (мемристоров). Построены вольт-амперные зависимости. Показан эффект резистивного переключения. Обнаружено, что из предложенных способов получения диоксида титана приводит к существенному улучшению основных мемристивных характеристик в сравнении запоминающими устройствами на основе диоксида титана без модификации медью. В частности, показано, что использование данных пленок в структуре мемристора позволяет увеличить отношение состояния с высоким электрическим сопротивлением к состоянию с низким электрическим сопротивлением более чем в 102 раз.

Повышение точности получаемых данных, стабильности результатов исследования скважин, улучшение прочностных свойств радиопрозрачного корпуса, и как следствие, повышение ресурса геофизического прибора невозможно без диагностики свойств материала корпуса и оценки уровней нагрузок, способных привести материал к потере несущей способности. Исследовано влияние разных схем циклического нагружения на форму и размеры петли неупругости при испытаниях кольцевых образцов из стеклопластика (0 º-90 º), изготовленных методом косослойно-продольно-поперечной намотки стеклянного волокна на основе алюмоборосиликатного и магнийалюмоборосиликатного стекла. В результате исследования влияния схем нагружения было показано изменение формы и петли неупругости и переход от релаксационного типа неупругости к неупругости гистерезисного типа из-за накопления остаточных деформаций при изменении угла нагружения с 30 º на 45 º и увеличении амплитуды нагрузки. Результаты разрушения образцов при схемах нагружения аналогичны условиям нагружения в эксплуатации и могут быть использованы для оценки процесса разрушения.

В статье рассматривается применение силикатов кальция и магния в качестве наполнителей эпоксидных материалов. Исследуются наполнители, которые получены на основе природного, растительного и техногенного сырья, то есть на базе природных минералов, золы рисовой шелухи и отходов черной металлургии. Эти наполнители повышают твердость на 14 %, износостойкость эпоксидных композиций на 37 %, прочность при изгибе до 55% и адгезию к стали до 75%, при этом снижая коэффициент статического трения на 67 %. В работе также рассматривается зависимость физико-механических свойств эпоксидных материалов от концентрации в них наполнителя. Экспериментально доказано, что оптимальным является соотношение компонентов 5-15 мас. ч. наполнителя на 100 мас.ч эпоксидной смолы. Диопсид содержащий наполнитель техногенного происхождения обеспечивает значительно большее снижение коэффициента статического трения материалов, то есть их лучшие трибологические характеристики, как по сравнению с применением Миволл 10-97, так и синтетического волластонита на основе золы рисовой шелухи. Полученные результаты свидетельствуют о том, что, характер модифицирующего действия силикатных наполнителей практически не зависит от их состава, который влияет только на величину конкретных эксплуатационных показателей.

Представлены результаты экспериментального исследования повышения температуры модельных водных суспензий гексахлорэтана (ГХЭ) при их обработке в установке с многоцилиндровым роторно-пульсационным аппаратом (РПА). Приводится описание лабораторной установки, РПА и методики проведения исследований по оценке нагрева 1 и 4%-ных водных суспензий ГХЭ при их гидромеханической обработке. Для двух значений чисел оборотов ротора РПА (33,3 и 45,8с-1), а также для двух значений радиального зазора между цилиндрами ротора и статора (0,1·10-3 и 1·10-3м) получены экспериментальные данные по увеличению температуры модельных суспензий. В предположении, что вся подводимая к обрабатываемой среде механическая энергия переходит в тепловую и теплообмен с окружающей средой отсутствует, выполнена расчётная оценка нагрева суспензии. Показано, что при увеличении числа оборотов ротора РПА и концентрации суспензии, темп её нагрева возрастает. Уменьшение величины радиального зазора между цилиндрами ротора и статора способствует значительному разогреву суспензии. Отмечена удовлетворительная сходимость расчётных и экспериментальных данных по нагреву суспензий. Полученные сведения могут быть полезными при проектировании оборудования для обработки систем «жидкость-твёрдое».

Приводится описание конструкции и принципа работы роторно-пульсационного аппарата (РПА), предназначенного для тонкого измельчения дисперсных пожаро- и взрывоопасных веществ в жидкой инертной среде. Для повышения эффективности обработки устройство ввода суспензии в рабочую камеру аппарата выполнено в виде насадка с цилиндрическим сопловым каналом. Насадок имеет коноидальную форму входа. Центральная часть ротора снабжена плоской отбойной пластиной с насечкой. Расстояние от среза соплового насадка до поверхности отбойной пластины составляет от 3 до 5 диаметров отверстия соплового насадка. Конструкция РПА исключает забивку рабочей камеры измельчаемым материалом. Отмечается, что аппарат обеспечивает эффективное измельчение дисперсных материалов, имеющих твёрдость до 5 единиц по шкале Мооса. При этом концентрация суспензии не должна превышать 15 % масс. Работоспособность аппарата, имеющего радиальный зазор между ротором и статором 0,1·10-3м, подтверждена при обработке водной суспензии сибунита с концентрацией твёрдой фазы 13,5 % масс. Установлено, что основная фракция измельчённых частиц имеет размер (3-10)·10-6м. Приводится микрофотография частиц после обработки в РПА. Отмечается, что полученный продукт имеет однородный дисперсный состав и может быть использован в качестве носителя для катализаторов гидрирования.

В работе рассмотрено влияние борполимера в вязкотекучем состоянии на физико-механические, триботехнические и термодинамические сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Полученные результаты обосновываются и дополняются исследованиями структуры композитов методом ИК-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Борполимер был переведен в вязкотекучее состояние с помощью органического растворителя на основе эпоксиангидридного связующего. Методом ИК-спектроскопии установили, что растворитель в основном содержит эпоксидные, формальдегидные, альдегидные и гидроксильные группы. Порошок полимера и навеску вязкого борполимера смешивали в лопастном смесителе, далее полученные смеси перерабатывали методом горячего прессования с последующим получением образцов. Результаты исследований свойств образцов свидетельствуют о том, что введение вязкотекучего борполимера приводит к повышению их механических свойств. Отмечено, что композиты, содержащие борполимер, характеризуются повышением прочности при растяжении на 44 % и модуля упругости на 62 % относительно исходного сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Полученные результаты объяснили структурными исследованиями. Надмолекулярная структура образцов при меньшем содержании борполимера характеризуется формированием сферолитной структуры, а с увеличением концентрации происходит разрыхление и разупорядочивание структуры («аморфизация»). Это подтверждается результатами исследования дифференциально-сканирующей калориметрии, в котором отмечено снижение степени кристалличности на 7-12 % и энтальпии плавления на 6-12 % относительно полимерной матрицы. Трибологические испытания показывают снижение коэффициента трения на 21 %, что обусловлено влиянием борполимера как смазочного материала в процессах трения, облегчая скольжение материала по поверхности стального контртела. Морфология поверхности трения и их ИК-спектры подтверждают полученные результаты, так показано, что борполимер активно участвует в трибохимических процессах и формирует вторичную структуру на поверхности трения композита.

На сегодняшний день широко известно интенсифицирующее влияние ультразвукового кавитационного воздействия на физико-химические процессы. Многократно установлено, что кавитационные и сопутствующие нелинейные явления (ударные волны, акустические потоки, нагрев среды) ускоряют физико-химические процессы. Однако современные исследования влияния кавитации либо основаны на теоретических подходах, которые, как правило, рассматривают ударно-волновое давление в отдельности без учёта других факторов, либо на экспериментальных исследованиях, которые определяют конечную эффективность процесса (критерий эффективности зависит от вида процесса) под действием совокупности факторов кавитации. В то же время для обеспечения максимальной эффективности процесса необходимо выявить действие каждого фактора в отдельности, чтобы подобрать режимы и условия воздействия (а, возможно, и способы модуляции ультразвуковых колебаний), которые усиливают фактор, который наиболее влияет на скорость процесса и ослабляет паразитные факторы. Для развития направления экспериментальных исследований влияния отдельных факторов кавитации разработан стенд, который позволяет осуществить воздействие на среду с аналогичным изменением температуры, как и при ультразвуковом воздействии, но без ударно-волнового давления, образуемого при схлопывании кавитационных пузырьков.