2024, № 1, аннотации

Tilda Publishing

ЖУРНАЛ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ISSN 1028-978X (print)

ISSN 3033-733X (online)

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 1, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Искусственный интеллект в материаловедении
и современных технологиях бетонных материалов:
анализ возможностей и перспектив

В. А. Полуэктова, М. А. Полуэктов

Представлен анализ актуальных тенденций и возможностей применения искусственного интеллекта в материаловедении и технологии бетона, включая строительную 3D-печать. Отмечена ключевая роль искусственного интеллекта в прогнозировании свойств материалов, разработке новых материалов и контроле качества. Искусственный интеллект, анализируя большие объемы данных, способен предлагать оптимальные параметры для достижения заданных свойств материалов, что позволяет снизить издержки и повысить производственную эффективность. Существующие реологические модели, описывают поведение материала на основе определенных уравнений и параметров. Эти модели могут быть полезны при прогнозировании свойств бетона, особенно если имеются данные о его компонентном составе. Однако, эти модели могут быть ограничены в точности прогнозирования, особенно для нестандартных или новых материалов. Машинное обучение способно обеспечить точное прогнозирование реологических и физико-механических свойств бетонных материалов. Алгоритмы машинного обучения, такие как XGBoost, LightGBM, Catboost и NGBoost, демонстрируют высокую точность прогнозирования и становятся мощным инструментом в области проектирования состава и инновационных бетонных технологий, а анализ аддитивных объяснений Шепли (SHAP) позволяет понять, какие параметры бетонной смеси оказывают наибольшее влияние на его характеристики.

Ключевые слова: искусственный интеллект, нейросети, машинное обучение, материаловедение, аддитивные технологии, 3D-печать бетоном, оптимизация, прогнозирование свойств, инновации.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-5-19

Полуэктова Валентина Анатольевна — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012 Белгород, ул. Костюкова, 46), доктор технических наук, доцент, профессор, специалист в области химического модифицирования дисперсных материалов и строительных композиций. E-mail: val.po@bk.ru.
Полуэктов Максим Алексеевич — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012 Белгород, ул. Костюкова, 46), студент института информационных технологий и управляющих систем.

Ссылка на статью:
Полуэктова В.А., Полуэктов М.А. Искусственный интеллект в материаловедении и современных технологиях бетонных материалов: анализ возможностей и перспектив. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 5 – 19. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-5-19

Литература содержит 47 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library

Перейти

Литература/References

к статье Полуэктова В.А., Полуэктов М.А. Искусственный интеллект в материаловедении и современных технологиях бетонных материалов: анализ возможностей и перспектив. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 5 – 19. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-5-19

1. Rojo-López G., González-Fonteboa B., Luis Pérez-Ordóñez J. et al. Parametric analysis in sustainable self-compacting mortars using genetic programming. Constr. Build. Mater, 2023, v. 404, art. 133189.
2. Qian Y., Kawashima S. Distinguishing dynamic and static yield stress of fresh cement mortars through thixotropy. Cem. Concr. Composю, 2018, v. 86, pp. 288 – 296.
3. Lesovik V., Tolstoy A., Fediuk R. et al. Improving the performances of a mortar for 3D printing by mineral modifiers. Buildings, 2022, v. 12, no. 8, art. 1181.
4. Khalil N. Aouad G., El Cheikh K. et al. Use of calcium sulfoaluminate cements for setting control of 3D-printing mortars. Constr. Build. Mater., 2017, v. 157. pp. 382 – 391.
5. Hambach M., Volkmer D. Properties of 3D-printed fiber-reinforced Portland cement paste. Cem. Concr. Compos., 2017, v. 79, pp. 62 – 70.
6. Panda B., Paul S.C., Tan M.J. Anisotropic mechanical performance of 3D printed fiber reinforced sustainable construction material. Mater. Lett., 2017, v. 209, pp. 146 – 149.
7. Wolfs R.J.M., Bos F.P., Salet T.A.M. Early age mechanical behaviour of 3D printed concrete: Numerical modelling and experimental testing. Cem. Concr. Res., 2018. v. 106, pp. 103 – 116.
8. Лесовик В.С. Елистраткин М., Глаголев Е. и др. Формирование свойств композиций для строительной печати. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2017, № 10, c. 6 – 14.
• Lesovik V.S., Elistratkin M.Ju., Glagolev E.S., Shatalova S.V., Starikov M.S. Formirovanie svojstv kompozicij dlja stroitel’noj pechati [Formation of properties of compositions for construction 3D printing]. Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova [Bulletin of Belgorod state technological university named after V. G. Shukhov], 2017, no. 10, pp. 6 – 14. (In Russ.).
9. Atzeni C., Massidda L., Sanna U. Comparison between rheological models for portland cement pastes. Cem. Concr. Res., 1985, v. 15, no. 3, pp. 511 – 519.
10. Papo A. Rheological models for cement pastes. Mater. Struct., 1988, v. 21, no. 1, pp. 41 – 46.
11. Vom Berg W. Influence of specific surface and concentration of solids upon the flow behaviour of cement pastes. Mag. Concr. Res., 1979, v. 31, no. 109, pp. 211 – 216.
12. Шаповалов, Н.А. Полуэктова В.А. Пластифицирующие добавки в бетоны: монография. Белгород: Изд-во БГТУ, 2016, 128 с. / Shapovalov, N.A., Poluektova V.A. Plastificiruyushchie dobavki v betony: monografiya [Plasticizing additives in concrete: a monograph]. Belgorod: Publishing house of Belgorod State Technological University, 2016,128 p. (In Russ.).
13. Шаповалов Н.А., Полуэктова В.А. Наномодификатор для цементных смесей и бетона. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2015, № 5, c. 72 – 76. / Shapovalov N.A., Poluektova V.A. Nanomodifikator dlya cementnyh smesej i betona [Nanomodifier for cement mixtures and concrete]. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhov [Bulletin of Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov], 2015, no. 5, pp. 72 – 76. (In Russ.).
14. Полуэктова В.А., Кожанова Е.П., Шаповалов Н.А. Агрегативная устойчивость высокопроникающей суспензии при кондиционировании твердых радиационно-активных отходов методом цементирования. Вестник технологического университета, 2022, т. 25, № 1, с. 45 – 48. / Poluektova V.A., Kozhanova E.P., Shapovalov N.A. Agregativnaja ustojchivost’ vysokopronikajushhej suspenzii pri kondicionirovanii tverdyh radiacionno-aktivnyh othodov metodom cementirovanija [Aggregative stability of a highly penetrating suspension during conditioning of solid radiation-active waste by cementation method]. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2022, v. 25, no. 1, pp. 45 – 48. (In Russ.).
15. Güneyisi E., Gesoglu M., Naji N. et al. Evaluation of the rheological behavior of fresh self-compacting rubberized concrete by using the Herschel–Bulkley and modified Bingham models. Arch. Civ. Mech. Eng., 2016, v. 16, no. 1, pp. 9 – 19.
16. Полуэктова В.А., Шаповалов Н.А., Бредихина В.Б. Реология поливинилацетатцементных дисперсий: моделирование, исследование, применение для строительной печати. Вестник технологического университета, 2021, т. 24, № 11, с. 85 – 92. / Poluektova V.A., Shapovalov N.A., Bredikhina V.B. Reologija polivinilacetatcementnyh dispersij: modelirovanie, issledovanie, primenenie dlja stroitel’noj pechati. [Rheology of polyvinyl acetate cement dispersions: modeling, research, application for construction printing]. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2021, v. 24, no. 11, pp. 85 – 92. (In Russ.).
17. Wallevik O.H., Wallevik J.E. Rheology as a tool in concrete science: The use of rheographs and workability boxes. Cem. Concr. Res. Pergamon, 2011, v. 41, no. 12, pp. 1279 – 1288.
18. De Larrard F., Ferraris C.F., Sedran T. Fresh concrete: A Herschel-Bulkley material. Mater. Struct. Springer Science and Business Media LLC, 1998, v. 31, no. 7, pp. 494 – 498.
19. Gershel W. Consistency of rubber-benzene solutions. Industrial and Engineering Chemistry, 1924, p. 927.
20. Yahia A., Khayat K.H. Applicability of rheological models to high-performance grouts containing supplementary cementitious materials and viscosity enhancing admixture. Mater. Struct, 2003, v. 36, no. 6, pp. 402 – 412.
21. Feys D., Verhoeven R., De Schutter G. Evaluation of time independent rheological models applicable to fresh self-compacting concrete. Appl. Rheol., 2007, v. 17, no. 5, pp. 56241 – 56244.
22. Feys D., Wallevik J., Yahia A. et al. Extension of the Reiner–Riwlin equation to determine modified Bingham parameters measured in coaxial cylinders rheometers. Mater. Struct., 2013, v. 46, no. 1–2, pp. 289–311.
23. Nazar S., Yang J., Ahmad A. et al. Comparative study of evolutionary artificial intelligence approaches to predict the rheological properties of fresh concrete. Mater. Today Commun., 2022, v. 32, art. 103964.
24. El Asri Y., Ben Aicha M., Zaher M. et al. Modelization of the rheological behavior of self-compacting concrete using artificial neural networks. Mater. Today Proc., 2022, v. 58, pp. 1114 – 1121.
25. Nguyen T.-D., Tran T.-H., Hoang N.-D. Prediction of interface yield stress and plastic viscosity of fresh concrete using a hybrid machine learning approach. Adv. Eng. Informatics., 2020, v. 44, art. 101057.
26. Skare E., Sheiati S., Cepuritis R. et al. Rheology modelling of cement paste with manufactured sand and silica fume: Comparing suspension models with artificial neural network predictions. Constr. Build. Mater., 2022, v. 317, art. 126114.
27. Choudhury A. The Role of machine learning algorithms in materials science: A state of srt review on industry 4.0. Arch. Comput. Methods Eng., 2021, v. 28, no. 5, pp. 3361 – 3381.
28. Nazar S., Yang J., Thomas B. et al. Rheological properties of cementitious composites with and without nano-materials: A comprehensive review. J. Clean. Prod., 2020, v. 272, art. 122701.
29. Geng S., Luo Q., Liu K. et al. Research status and prospect of machine learning in construction 3D printing. Case Stud. Constr. Mater., 2023, v. 18, art. e01952.
30. Yao X., Lyu X., Sun J. et al. AI-based performance prediction for 3D-printed concrete considering anisotropy and steam curing condition. Constr. Build. Mater., 2023, v. 375, art. 130898.
31. Charrier M., Ouellet-Plamondon C.M. Artificial neural network for the prediction of the fresh properties of cementitious materials. Cem. Concr. Res., 2022, v. 156, art. 106761.
32. Goh G.D., Sing S.L., Yeong W.Y. A review on machine learning in 3D printing: applications, potential, and challenges. Artif. Intell. Rev., 2021, v. 54, no. 1, pp. 63 – 94.
33. Baumann F.W., Sekulla A., Hassler M. et al. Trends of machine learning in additive manufacturing. Int. J. Rapid Manuf., 2018, v. 7, no. 4. art. 310.
34. Jordan M.I., Mitchell T.M. Machine learning: Trends, perspectives, and prospects. Science. 2015, v. 349,
no. 6245, pp. 255–260.
35. An J., Lee D.H., Cho H.H. et al. Indoor positioning system using smartphone and 360° camera. Jeju, Republic of Korea, 13-15 August 2021, Proceedings 5th IEEE International Conference on Smart Internet of Things, SmartIoT, IEEE, 2021. pp. 342–343.
36. Xames M.D., Torsha F.K., Sarwar F. A systematic literature review on recent trends of machine learning applications in additive manufacturing. J. Intell. Manuf., 2023, v. 34, no. 6, pp. 2529 – 2555.
37. Ciccone F., Bacciaglia A., Ceruti A. Optimization with artificial intelligence in additive manufacturing: a systematic review. J. Brazilian Soc. Mech. Sci. Eng., 2023, v. 45, art. 303.
38. Song H., Ahmad A., Farooq F. et al. Predicting the compressive strength of concrete with fly ash admixture using machine learning algorithms. Constr. Build. Mater., 2021, v. 308, art. 125021.
39. Abu Yaman M., Abd Elaty M., Taman M. Predicting the ingredients of self compacting concrete using artificial neural network. Alexandria Eng. J., 2017, v. 56, no. 4, pp. 523 – 532.
40. Zhang J., Ma G., Huang Y. et al. Modelling uniaxial compressive strength of lightweight self-compacting concrete using random forest regression. Constr. Build. Mater., 2019, v. 210, pp. 713 – 719.
41. Nguyen H., Vu T., Vo T.P. et al. Efficient machine learning models for prediction of concrete strengths. Constr. Build. Mater., 2021, v. 266, art. 120950.
42. Shahmansouri A.A., Akbarzadeh Bengar H., Jahani E. Predicting compressive strength and electrical resistivity of eco-friendly concrete containing natural zeolite via GEP algorithm. Constr. Build. Mater., 2019, v. 229, art. 116883.
43. Oyebisi S., Alomayri T. Artificial intelligence-based prediction of strengths of slag-ash-based geopolymer concrete using deep neural networks. Constr. Build. Mater., 2023, v. 400, art. 132606.
44. Nazar S., Yang J., Wang X.-E. et al. Estimation of strength, rheological parameters, and impact of raw constituents of alkali-activated mortar using machine learning and SHapely Additive exPlanations (SHAP). Constr. Build. Mater., 2023, v. 377, art. 131014.
45. Abellan-Garcia J., García-Castaño E., Fernández-Gómez J. et al. Modeling the ductility characteristics of ultrahigh-performance fiber-reinforced concrete using a precise, computation-efficient, and comprehensive data-driven random forests-based approach. Mater. Today Commun., 2023, v. 37, art. 106953.
46. Liu Q., Iqbal M.F., Yang J. et al. Prediction of chloride diffusivity in concrete using artificial neural network: Modelling and performance evaluation. Constr. Build. Mater., 2021, v. 268. art. 121082.
47. Stergiou K., Ntakolia C.,Varytis P. et al. Enhancing property prediction and process optimization in building materials through machine learning: A review. Comput. Mater. Sci., 2023, v. 220, art. 112031.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Влияние структуры пленок Co – Ni – Fe, полученных электрохимическим осаждением,
на магнитные свойства

Р. Д. Тихонов, А. А. Черемисинов, М. Р. Тихонов

Проведен анализ кристаллической структуры, состава пленок Co – Ni – Fe и установлено влияние скорости осаждения на преобразование слабого магнитного поля в магнитную индукцию dB/dH. Наличие кислорода на поверхности пленок свидетельствует о пористости структуры пленок Co – Ni – Fe, что подтверждается шероховатостью поверхности. Электрохимическое осаждение из хлоридного электролита показало возможность управления магнитными свойствами пленок при совершенствовании метода осаждения. Хлоридный электролит с фильтрацией, добавками борной кислоты, сахарина и соляной кислоты при соотношении концентраций CСо:CNi:CFe = 1:1:1 при температуре 70 °С обеспечивает воспроизводимое электрохимическое осаждение пленок Co – Ni – Fe с малыми механическими напряжениями, с равномерной структурой и с высокими коэффициентом усиления слабого магнитного поля в магнитную индукцию.

Ключевые слова: пленкиCo – Ni – Fe, электрохимическое осаждение, хлоридный электролит, кристаллическая структура, состав, шероховатость.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-20-29

Тихонов Роберт Дмитриевич — Государственный научный центр РФ федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Научно-производственный комплекс “Технологический центр” (124498, Москва, г. Зеленоград, площадь Шокина, 1), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области электрохимии осаждения сплавов. E-mail: R.Tikhonov@tcen.ru.
Черемисинов Андрей Андреевич — Государственный научный центр РФ федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Научно-производственный комплекс “Технологический центр” (124498, Москва,
г. Зеленоград, площадь Шокина, 1), кандидат технических наук, начальник лаборатории, специалист в области микроэлектроники и микросенсорики. E-mail: CheremisinovAA@gmail.com.
Тихонов Мартин Робертович — Национальный исследовательский университет “МИЭТ” (124498, Москва, г. Зеленоград, площадь Шокина, 1), кандидат технических наук, доцент, специалист в области анализа технологии микроэлектроники. Е-mail: KUROTENSHI91@yandex.ru.

Ссылка на статью:
Тихонов Р.Д., Черемисинов А.А., Тихонов М.Р. Влияние структуры пленок Co – Ni – Fe, полученных электрохимическим осаждением, на магнитные свойства. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 20 – 29. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-20-29

Литература содержит 19 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library

Перейти

Литература/References

к статье Тихонов Р.Д., Черемисинов А.А., Тихонов М.Р. Влияние структуры пленок Co – Ni – Fe, полученных электрохимическим осаждением, на магнитные свойства. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 20 – 29. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-20-29

1. Тихонов Р.Д., Черемисинов А.А., Тихонов М.Р. Магнитная проницаемость пленок сплава Cо – Ni – Fe, полученных электрохимическим осаждением. Микроэлектроника, 2022, т. 51 (5), pp. 323 – 332. / Tikhonov R.D., Cheremisinov A.A., Tikhonov M.R. Magnitnaya pronicaemost’ plenok splava Co – Ni – Fe, poluchennyh elektrohimicheskim osazhdeniem [Magnetic permeability of Co–Ni–Fe alloy films obtained by electrochemical deposition]. Russian Microelectronics, 2022, v. 51(5), pp. 273 – 281.
2. Kockar H., Demirbas O., Kuru H., Alper M. Differences observed in properties of ternary NiCoFe films electrodeposited at low and high pH. J. Mater. Sci.: Mater Electron, 2013, v. 24, pp. 1961 – 1965.
3. Peter L., Rožman K.Ž., Šturm S. Structure and composition of electrodeposited Fe–Co–Ni alloys studied by transmission electron microscopy. Journal of the Electrochemical Society, 2018, v. 165 (9), pp. D384 – D392.
4. Long V.C., Saraç U., Baykul M.C., Trong L.D., Ţălu Ş., Trong D.N. Electrochemical deposition of Fe–Co–Ni samples with different Co contents and characterization of their microstructural and magnetic properties. Coatings, 2022, v. 12 (346), pp. 1 – 14.
5. Kayani Z., Riaz S., Naseem S. Structural and magnetic properties of FeCoNi thin films. Materials Science, Indian Journal of Physics, 2019, v. 23(4), pp. 392 – 396.
6. Dev K., Kaur R., Vashisht G., Sulania I., Annapoorni S. Magnetization reversal behavior in electrodeposited Fe–Co–Ni thin films. IEEE Transactions on Magnetics, 2022, v. 58(8), pp. 1 – 11.
7. Ledwig P., Kac M., Kopia A., Falkus J., Dubiel B. Microstructure and properties of electrodeposited nanocrystalline Ni – Co – Fe coatings. Materials Science, MDPI. Materials, 2021, v. 14, art. 3886.
8. Scheunert G., Heinonen O., Hardeman R., Lapicki A., Gubbins M., Bowman R. A review of high magnetic moment thin films for microscale and nanotechnology. Applied Physics Reviews 2016, v. 3(1), pp. 115 – 252.
9. Тихонов Р.Д., Черемисинов А.А., Горелов Д.В., Казаков Ю.В. Магнитные свойства пленок Co – Ni – Fe, полученных электрохимическим осаждением по методу Тихонова. Нано- и микросистемная техника, 2020, v. 22(3), c. 123 – 135. / Tikhonov R.D., Cheremisinov A.A., Gorelov D.V., Kazakov Iu.V. The magnetic properties of the Co—Ni—Fe films were obtained by electrochemical deposition by Tikhonov’s method. Nano - i mikrosistemnaya tekhnika [Nano- and Microsystems technology], 2020, v. 22, no. 3, pp. 123 – 135.
10. Тихонов Р.Д., Черемисинов А.А., Тихонов М.Р. Ионный разряд при электрохимическом осаждении пленок CoNiFe. Электрохимия, 2021, т. 57(12), с. 756 – 761. / Tikhonov R.D., Cheremisinov A.A., Tikhonov M.R. Ionnyj razryad pri elektrohimicheskom osazhdenii plenok CoNiFe [Ion discharge in electrochemical deposition of CoNiFe films]. Russian journal of Electrochemistry, 2021, v. 57(12), pp. 1151 – 1156.
11. Osaka T., Sawaguchi T., Mizutani F., Yokoshima T., Takai M., Okinaka Y. Effects of saccharin and thiourea on sulfur inclusion and coercivity of electroplated soft magnetic CoNiFe film. Journal of the Electrochemical Society, 1999, v. 146 (9), pp. 3295 – 3299.
12. Chechenin N., Voorthuysen E.H., Hosson J.D., Boerma D. Variation of structure and magnetic properties with thickness of thin Co59Fe26Ni15 films. Materials Science Physics, 2005, v. 290 (12), pp. 1539 – 1542.
13. Хоменко Е.В., Шалыгина Е.Е., Поляков С.Н., Чеченин Н.Г. Электрохимическое осаждение и свойства ферромагнитных плёнок Co – Fe – Ni с толщиной до 500 нм. Перспективные материалы, 2006, № 2, с. 66 – 72. / Homenko E.V., SHalygina E.E., Polyakov S.N., Chechenin N.G. Elektrokhimicheskoe osazhdenie i svojstva ferromagnitnyh plyonok Co – Fe – Ni s tolshchinoj do 500 nm. Perspektivnye materialy, 2006, no. 2, pp. 66 – 72. (In Russ).
14. Тихонов Р.Д., Черемисинов А.А. Намагничивание пленок пермаллоя. Микроэлектроника, 2017, т. 46, вып. 20, с. 104 – 113. / Tikhonov R.D., Cheremisinov A.A. Magnetization of permalloy films. Russian Microelectronics, Pleiades Publishing, 2017, v. 46 (2), pp. 95 – 104.
15. Миляев М.А., Банниковa Н.С., Наумова Л.И., Проглядо В.В., Патраков Е.И., Каменский И.Ю., Устинов В.В. Магнитосопротивление сверхрешеток CoNiFe/Cu с различным составом ферромагнитного сплава. Физика металлов и металловедение, 2019, т. 120(9), с. 905 – 912. / Milyaev M.A., Bannikova N.S., Naumova L.I., Proglyado V.V., Patrakov E.I., Kamenskij I.Yu., Ustinov V.V. Magnitosoprotivlenie sverhreshetok CoNiFe/Cu s razlichnym sostavom ferromagnitnogo splava [Magnetoresistance of CoNiFe/Cu superlattices with different ferromagnetic alloy compositions]. Fizika metallov i metallovedenie [The Physics of Metals and Metallography], 2019, v. 120 (9), pp. 905 – 912.
16. Hui-Min Shen, Liang Hu, Xin Fu. Integrated giant magnetoresistance technology for approachable weak biomagnetic signal detections. Sensors, 2018, v. 50(18), pp. 148 – 170.
17. Dong C., Liang X., Gao J. , Chen H., He Y., Wei Y., Zaeimbashi M., Matyushov A.D., Sun Ch., Sun N. Thin film magnetoelectric sensors toward biomagnetism: Materials, Devices, and Applications. Materials Science, Advanced Electronic Materials, 2022, v. 8(6), pp. 657 – 680.
18. Тихонов Р.Д., Черемисинов А.А., Тихонов М.Р. Конгруэнтное электрохимическое осаждение пленок Co – Ni – Fe. Электрохимия, 2022, т. 58(12), с. 756 – 761. / Tikhonov R.D., Cheremisinov A.A., Tikhonov M.R. Congruent electrochemical film deposition Co – Ni – Fe. Russian Electrochemistry, 2022, v. 58(12), pp. 1094 – 1102.
19. Тихонов Р.Д., Черемисинов А.А., Тихонов М.Р. Локальное электрохимическое осаждение магнитных сплавов NiFe и CoNiFe. М.: Техносфера, 2022, 320 c. / Tihonov R.D., Cheremisinov A.A., Tihonov M.R. Lokal’noe elektrohimicheskoe osazhdenie magnitnyh splavov NiFe i CoNiFe. Moscow, Tekhnosfera, 2022, 320 p.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Керамика на основе сложнооксидного твердого раствора диоксида циркония в тетрагональной форме для ортопедической стоматологии

Л. И. Подзорова, А. А. Ильичева, Н. А. Михайлина,
О. И. Пенькова, О. С. Антонова И. Ю. Лебеденко, Д. А. Шумская

Рассмотрены физико-механические свойства керамического материала, содержащего сложнооксидный твердый раствор Zr1 – n[YbNd]nO2 и микрофазу корунда, с учетом эстетических и прочностных требований клинической практики ортопедической стоматологии. Показано, что разработанная керамика имеет прочность при статическом изгибе 850 МПа и согласно международному стандарту ISO 6872: 2015 Dentistry – Ceramic materials относится к 4 и 5 классу стоматологических керамических материалов. Это позволяет применять ее для изготовления не только одиночных коронок, но и четырехзвенных мостовидных протезов любой локализации и любого вида фиксации. Разработанная керамика удовлетворяет требованиям ортопедической стоматологии по цветовым характеристикам, имеет высокую непрозрачность, что позволяет маскировать цвет опорных структур.

Ключевые слова: керамика, фазовый состав, высокоскоростные печи, прочность, цвет, микротвердость.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-30-37

Подзорова Людмила Ивановна — Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области физико-химических основ технологии конструкционной керамики. E-mail: ludpodzorova@gmail.com.
Ильичева Алла Александровна — Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), старший научный сотрудник, специалист в области исследования низкотемпературного синтеза прекурсоров оксидов.
Михайлина Нина Александровна — Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), научный сотрудник, специалист в области золь-гель синтеза прекурсоров оксидов.
Пенькова Ольга Ивановна — Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), научный сотрудник, специалист в области технологии керамик.
Антонова Ольга Станиславовна — Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., 49), младший научный сотрудник, специалист в области электронно-микроскопического изучения керамических материалов.
Лебеденко Игорь Юльевич — Медицинский Институт РУДН им. Патриса Лумумбы (117198 Москва ул. Миклухо-Маклая, 10), доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой ортопедической стоматологии, cпециалист в области ортопедической стоматологии.
Шумская Джамиля Айдаровна — Медицинский Институт РУДН им. Патриса Лумумбы (117198 Москва ул. Миклухо-Маклая, 10), ассистент кафедры ортопедической стоматологии, специалист в области ортопедической стоматологии.

Ссылка на статью:
Подзорова Л.И., Ильичева А.А., Михайлина Н.А., Пенькова О.И., Антонова О.С., Лебеденко И.Ю., Шумская Д.А. Керамика на основе сложнооксидного твердого раствора диоксида циркония в тетрагональной форме для ортопедической стоматологии. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 30 – 37. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-30-37

Литература содержит 21 ссылку.

См. подробнее о статье на сайте e-library

Перейти

Литература/References

к статье Подзорова Л.И., Ильичева А.А., Михайлина Н.А., Пенькова О.И., Антонова О.С., Лебеденко И.Ю., Шумская Д.А. Керамика на основе сложнооксидного твердого раствора диоксида циркония в тетрагональной форме для ортопедической стоматологии. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 30 – 37. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-30-37

1. Баршев М.А., Михаськов С.В. Современные CAD/CAM – технологии для стоматологии. Стоматология, 2011, т. 90, № 2, с. 71 – 73. / Barshev M.A., Mikhas’kov S.V. Sovremennye CAD/CAM – tekhnologii dlya stomatologii [Modern CAD/CAM – technologies for stomatology]. Stomatologiya [Stomatology], 2011, v. 90, no. 2, pp.71 – 73. (In Russ.).
2. Вольвач С.И. Обзор новых разработок и модификаций известных технологий CAD/CAM стоматологического назначения. Новое в стоматологии для зубных техников, 2003, № 7, c. 98 – 102. / Volvach S.I. Obzor novyh razrabotok i modifikacij izvestnyh tekhnologij CAD/CAM stomatologicheskogo naznacheniya. [Overview of new developments and modifications of known CAD/CAM dental technologies]. Novoe v stomatologii dlya zubnyh tekhnikov [New in dentistry for dental technicians], 2003, № 7, pp. 98 – 102. (In Russ.).
3. Ряховский А.Н., Карапетян А.А., Аваков Г.С. Сравнительное исследование различных CAD/САМ-систем для изготовления каркасов несъемных зубных протезов. Стоматология, 2011, т. 90, № 2, с. 57 – 61. / Rjakhovsky A.N., Karapetjan A.A., Avakov G.S. Sravnitel’noe issledovanie razlichnyh CAD/SAM-sistem dlya izgotovleniya karkasov nes”emnyh zubnyh protezov [Comparative study of different CAD/CAM-system for making frameworks of nonremovable dentures]. Stomatologiya [Stomatology], 2011, no. 2, pp. 57 – 61. (In Russ.).
4. Арутюнов С.Д., Вафин С.М., Глебова Т.Э. и др. CEREC технология реставрации зубов. Под редакцией проф. Лебеденко И.Ю. М.: Изд. ООО “Новик”, 2012, 114 с. / Arutyunov SD, Vafin SM, Glebova T.E. et al. CEREC tekhnologiya restavracii zubov [CEREC dental restoration technology]. Edited by Prof. Lebedenko I.Yu. Moscow, Novik LLC. Publ., 2012, 114 p. (In Russ.).
5. Chevalier J., Liens A., Revero H. et al. Fourty years after the promise of “ceramic steel”: zirconia based composites with a metal like mechanical behavior. Amer. Ceram. Soc., 2019, v. 103, pp.1482 – 1513. doi.org/10.1111/jace.16903.
6. Luthardt R.G., Holzhuter M.S., Rudolph H., Herold V., Walter M.H. CAD/CAM- machining effects on Y-TZP zirconia. Dent. Mater., 2004, v. 20, pp. 655 – 662, doi: 10.1016/j.dental.2003.08.007.
7. Гажва С.И., Тетерин А.И., Смирнова Е.И. Kерамические материалы для безметалловых реставраций: химическое строение, свойства, показания к применению. Кремлевская медицина. Клинический вестник, 2022, № 1, c. 109 – 114. DOI: 10.26269/eps5-ft69. / Gazhva S.I., Teterin A.I., Smirnova E.I. Keramicheskie materialy dlya bezmetallovyh restavracij: himicheskoe stroenie, svojstva, pokazaniya k primeneniyu [Ceramic materials for non-metal restorations: chemical composition, properties, and indications]. Kremlevskaya medicina. Klinicheskij vestnik [Kremlin medicine. Clinical Herald], 2022, no. 1, pp. 109 – 114. DOI: 10.26269/eps5-ft69. (In Russ.).
8. Лебеденко И.Ю., Ретинская М.В., Вураки Н.К. CEREC: новые горизонты. Cathedra – кафедра. Стоматологическое образование, 2014, № 48, c. 40 – 41. / Lebedenko I.Iu. Retinskaya M.V., Vuraki N.K. CEREC: novye gorizonty [CEREC: new horizons]. Cathedra – kafedra. Stomatologicheskoe obrazovanie [Cathedra-Department. Dental education], 2014, no. 48, pp. 40 – 41. (In Russ.).
9. Shahin A., Al-Wahadni A., Masri R. Zirconia-based restorations: literature review. Int. J. Med. Res. Prof., 2017, v. 3, no. 2, pp. 253 – 260. DOI:10.21276/ijmrp.2017.3.2.051.
10. Рогожников А.В., Гилева О.С., Ханов А.М., Шулятникова О.А., Рогожников Г.И., Пьянкова Е.С. Применение цифровых технологий для изготовления диоксидциркониевых зубных протезов с учетом индивидуальных параметров зубочелюстной системы пациента. Российский стоматологический журнал, 2015, №1, с. 46 – 51. / Rogoznikov A.G., Gileva O.S., Hanov A.M., Shuliatnikova O.A. et al. Primenenie cifrovyh tekhnologij dlya izgotovleniya dioksidcirkonievyh zubnyh protezov s uchetom individual’nyh parametrov zubochelyustnoj sistemy pacienta [Use of digital technologits for production of zirconia dentures with regard to individual dental system parameters patient]. Rossijskij stomatologicheskij zhurnal [Russian Dental Journal], 2015, no.1, pp. 46 – 51. (In Russ.).
11. Hallmann L., Ulmer P., Wille S., Polonskyi O., Köbel S., Trottenberg T., Bornholdt S., Haase F., Kersten H., Kern M. Effect of surface treatments on the properties and morphological change of dental zirconia. J. Prosthet Dent., 2016, v. 115, no. 3, pp. 341 – 349.
12. Covacci V., Bruzzese N., Maccauro G., Andreassi C., Ricci G.A., Piconi C. et al. In vitro evaluation of the mutagenic and carcinogenic power of high purity zirconia ceramic. Biomaterials, 1999, v. 20, no. 4, pp. 371 – 376, doi: 10.1016/s0142-9612(98)00182-3.
13. Raffaelli L, Piccioni E., Toesca A., Serini S., Resci F. et al. Growth, viability, adhesion potential, and fibronectin expression in fibroblasts cultured on zirconia or feldspatic ceramics in vitro. J. Biomed. Mater. Res. A., 2008, v. 86, no. 4, pp. 959 – 968, doi: 10.1002/jbm.a.31693.
14. Лебеденко И.Ю. Современные отечественные материалы для безметалловых зубных протезов. Стоматология, 2017, т. 96, № 1, с. 60 – 62. https://doi.org/10.17116/stomat201796160-62. / Lebedenko I.Yu. Sovremennye otechestvennye materialy dlya bezmetallovyh zubnyh protezov [Modern home-manufactured materials for non-metal dental restorations]. Stomatologiya [Dentistry], 2017, v. 96, no. 1, pp. 60 – 62. (In Russ.). https://doi.org/10.17116/stomat201796160-62.
15. Limsamai N., Pongpruaksa P., Suputtamongkol K. The effect of accelerated aging on phase transformation and flexural strength of conventional and translucent zirconia-based dental ceramics. Mahidol Dental Journal, 2019, v. 39, no. 2, pp. 99 – 105. https://www.tci-thaijo.org/index.php/mdentjournal/article/view/184127.
16. Кулинич Е.А., Хабас Т.А., Николаева О.О. Влияние вида и способа введения добавок оксидов редкоземельных элементов на цвет стоматологического фарфора. Известия Томского политехнического университета, 2009, т. 314, № 3, c. 15 – 16. / Kulinich E.A., Khabas T.A., Nikolaeva O.O. Vliyanie vida i sposoba vvedeniya dobavok oksidov redkozemel’nyh elementov na cvet stomatologicheskogo farfora [Influence of a type and method of introducing admixtures of oxides of rare-earth elements on color of dental porcelain]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta [News of Tomsk Polytechnic University], 2009, v. 314, no. 3,
pp. 15 – 16. (In Russ.).
17. Taiseer A. Sulaimana, Aous A. Abdulmajeeda, Terrence E. Donovan et al. Optical properties and light irradiance of monolithic zirconia at variable thicknesses. Dental materials, 2015, v. 31, no. 10, pp. 1180 – 1187, http://dx.doi.org/10.1016/j.dental.2015.06.016
18. Сахабиева Д.А., Деев М.С., Дьяконенко Е.Е., Поюровская И.Я., Русанов Ф.С., Лебеденко И.Ю. Влияние скоростного обжига керамического материала на основе диоксида циркония ziceram t отечественного производства на показатели прочности и цвета. Проблемы стоматологии, 2021, № 4, с. 140 – 144. DOI: 10.18481/2077-7566-21-17-4-140-144. / Sahabieva D., Deev M., D’yanonenko E., Poyurovskaya I. et al. Vliyanie skorostnogo obzhiga keramicheskogo materiala na osnove dioksida cirkoniya ziceram t otechestvennogo proizvodstva na pokazateli prochnosti i cveta [Effect of High-speed sintering of Russian produced Ziceram t zirconia-based ceramic material on strength and color]. Problemy stomatologii [Problems of dentistry], 2021, no. 4, pp. 140 – 144. (In Russ.). DOI: 10.18481/2077-7566-21-17-4-140-144.
19. Дьяконенко Е.Е., Сахабиева Д.А., Аксельрод И.Б., Лебеденко И.Ю. Сравнительная оценка традиционного и скоростного обжига стоматологической керамики на основе диоксида циркония. Стоматология, 2022, т. 101, № 2, с. 106 – 113. https://doi.org/10.17116/stomat2022101021106. / Dyakonenko E.E, Sakhabieva D.A, Axelrod I.B, Lebedenko I.Yu. Sravnitel’naya ocenka tradicionnogo i skorostnogo obzhiga stomatologicheskoj keramiki na osnove dioksida cirkoniya [Comparative evaluation of traditional and speed sintering of dental ceramics based on zirconium dioxide]. Stomatologiya [Stomatologiya], 2022, v. 101, no. 2, pp. 106 – 113. (In Russ.). https://doi.org/10.17116/stomat2022101021106.
20. Подзорова Л.И., Ильичёва А.А., Кутузова В.Е., Михайлина Н.А., Пенькова О.И., Сиротинкин В.П. Керамический материал и способ его получения. Патент РФ № 2744546 C1. Заявл. 08.06.2020, Опубл. 03.11.2021. / Podzorova L.I., Il’icheva A.A., Kutuzova V.E., Mikhailina N.A., Pen’kova O.I., Sirotinkin V.P. Keramicheskij material i sposob ego polucheniya [Ceramic material and method of its production]. Patent of RF no. 2744546C1. Declared 08.06.2020. Published 03.11.2021. (In Russ.).
21. Подзорова Л.И., Лебеденко И.Ю., Анисимова С.В. и др. Устойчивость керамико – керамических реставраций для ортопедической стоматологии. Материаловедение, 2019, №2, c. 38 – 42. DOI: 10.31044/1684-579X-2019-0-2-38-42. / Podzorova L.I., Lebedenko I.Yu., Anisimova S.V. et al. Stability of ceramic-ceramic restorations for orthopedic dentistry. Inorganic Materials: Applied Research, 2019, v. 10, no. 4, pp. 1003 – 1007. (In Russ.). DOI: 10.1134/S2075113319040336.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Эвдиалит Кольского полуострова — перспективный источник получения композиционных
Zr – Ti – SiO2 сорбентов цветных металлов и радионуклидов

Д. В. Майоров

На основе продуктов солянокислотного разложения эвдиалитового концентрата синтезированы композиционные цирконий-титан-кремнеземсодержащие сорбенты с содержанием SiO210 – 30 масс. % и проведена модификация их поверхности в H+- и Na+-форму. Все образцы изучены методами химического, рентгенофазового, Брунауэра – Эммета – Теллера и Баррета – Джойнера – Халенда анализов. Показано, что все полученные образцы кремнеземсодержащих Zr – Ti – SiO2 сорбентов являются мезопористыми. При этом поры имеют преимущественно клиновидную форму с открытыми концами, а максимальный объем имеют поры с диаметром 10 – 50 нм (~ 50 % от общего объема пор). На основании полученных значений удельной емкости адсорбционного монослоя поверхности образцов SiO2 и значения изменения энергии Гиббса (ΔG°) в процессе сорбции азота сделан вывод, что модификация поверхности синтезированных Zr – Ti – SiO2 сорбентов не оказывает влияния на физико-химические свойства их поверхностей и механизм сорбции азота. Статическим методом изучена сорбционная активность синтезированных образцов по отношению к ионам Cu2+, Co2+ и Sr2+. Установлено, что модификация полученных образцов в Н+-форму оказывает меньшее влияние на их сорбционную емкость, чем их перевод в Na+-форму, не зависит от содержания в них SiO2 в интервале 10 – 30 % и уменьшается в ряду Cu2+ - Co2+ - Sr2+.

Ключевые слова: эвдиалит, фосфаты циркония и титана, диоксид кремния, модификация, физико-химические свойства, структурно-поверхностные свойства, цветные металлы, сорбция.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-38-49

Майоров Дмитрий Владимирович — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук”, (Россия, 184209, Апатиты, Мурманская обл., Академгородок, 26а), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области разработки комплексных технологий минерального сырья. E-mail: d.maiorov@ksc.ru.

Ссылка на статью:
Майоров Д.В. Эвдиалит Кольского полуострова — перспективный источник получения композиционных Zr – Ti – SiO2 сорбентов цветных металлов и радионуклидов. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 38 – 49. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-38-49

Литература содержит 24 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library

Перейти

Литература/References

к статье Майоров Д.В. Эвдиалит Кольского полуострова — перспективный источник получения композиционных Zr – Ti – SiO2 сорбентов цветных металлов и радионуклидов. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 38 – 49. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-38-49

1. Егоров Ю.В., Макарова С.Б. Ионный обмен в радиохимии. М.: Атомиздат, 1971, 406 с. / Egorov Ju.V., Makarova S.B. Ionnyj obmen v radiohimii [Ion exchange in radiochemistry]. Moscow, Atomizdat Publ., 1971, 406 p. (In Russ.).
2. Вольхин В.В., Егоров Ю.В., Ф.А. Белинская и др. Неорганические сорбенты. Ионный обмен. М.: Наука, 1981, с. 25 – 44. / Vol’hin V.V., Egorov Ju.V., F.A. Belinskaja et al. Neorganicheskie sorbenty. Ionnyj obmen [Inorganic sorbents. Ion exchange]. Moscow, Nauka Publ., 1981, pp. 25 – 44. (In Russ.).
3. Ершов Б.Г., Быков Г.А. Сорбционные материалы для извлечения радионуклидов из водных сред. Радиохимия, 1992, т. 34, № 6, с. 64 – 69. / Ershov B.G., Bykov G.A. Sorbcionnye materialy dlja izvlechenija radionuklidov iz vodnyh sred [Sorption materials for the extraction of radionuclides from aqueous media]. Radiohimija [Radiochemistry], 1992, v. 34, no. 6, pp. 64 – 69. (In Russ.).
4. Селиверстов А.Ф., Емельянова А.Ю., Ершов Б.Г. Сорбция металлов из водных растворов хитинсодержащими материалами. Журнал прикладной химии, 1993, т. 66, с. 2331 – 2336. / Seliverstov A.F., Emel’janova A.Ju., Ershov B.G. Sorbcija metallov iz vodnyh rastvorov hitinsoderzhashhimi materialami [Sorption of metals from aqueous solutions with chitin-containing materials]. Zhurnal prikladnoj himii [Journal of Applied Chemistry], 1993, v. 66, pp. 2331 – 2336. (In Russ.).
5. Koulouris G., Slavikowski В., Pilvio R. et al. Pre-concentration of actinoids from waters: A comparison of various sorbent. Appl. Radiat. Isot., 2000, v. 53, pp. 279 – 287.
6. Rao Т.Р., Metilda P., Gladis J.M. Preconcentration techniques for uranium(VI) and thorium (IV) prior to analytical determination – an overview. Talanta, 2006, v. 68, pp. 1047 – 1064.
7. Barton C.S., Stewart D.I., Morris K., Bryant D.E. Performance of three resin-based materials for treating uranium-contaminated groundwater within a PRB. J. Hazard. Materials, 2004, v. 116, no. 3, pp. 191 – 204.
8. Мясоедова Г.В., Никашина В.А. Сорбционные материалы для извлечения радионуклидов из водных сред. Российский химический журнал. 2006, т. L, № 5, с. 55 – 63. / Mjasoedova G.V., Nikashina V.A. Sorbcionnye materialy dlja izvlechenija radionuklidov iz vodnyh sred [Sorption materials for the extraction of radionuclides from aqueous media]. Rossijskij himicheskij zhurnal [Russian Chemical Journal], 2006, v. L, no. 5, pp. 55 – 63. (In Russ.).
9. Евстропова П.Е., Маслова М.В. Синтез фосфата титана из кристаллического прекурсора. Труды Кольского научного центра РАН, 2019, вып. 3, с. 86 – 93. / Evstropova P.E., Maslova M.V. Sintez fosfata titana iz kristallicheskogo prekursora [Synthesis of titanium phosphate from a crystalline precursor]. Trudy Kol’skogo nauchnogo centra RAN [Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences], 2019, v. 3, pp. 86 – 93. (In Russ.).
10. Димова Л. М., Смирнов Г. И. Фосфаты металлов — ионообменники при глубокой очистке солей. Учеб.-метод. пособие. Иркутск: Изд-во Иркут. гос. университета, 2009, 96 с. / Dimova L. M., Smirnov G. I. Fosfaty metallov – ionoobmenniki pri glubokoj ochistke solej : ucheb.-metod. posobie [Metal phosphates – ion exchangers in the deep purification of salts : studies.- method. stipend]. Publishing house of Irkutsk state university, 2009, 96 p. (In Russ.).
11. Герасимовский В.Н., Волков В.П., Когарко Л.Н. и др. Геохимия Ловозерского щелочного массива. М.: Наука, 1966, 382 с. / Gerasimovskij V.N., Volkov V.P., Kogarko L.N. et al. Geohimija Lovozerskogo shhelochnogo massiva [Geochemistry of the Lovozersky alkaline massif]. Moscow, Nauka Publ., 1966, 382 p. (In Russ.).
12. Буссен И.В., Сахаров А.С. Петрология Ловозерского массива. Л.: Наука, 1972. 246 с. / Bussen I.V., Saharov A.S. Petrologija Lovozerskogo massiva [Petrology of the Lovozersky massif]. Leningrad, Nauka Publ., 1972, 246 p. (In Russ.).
13. Базай А.В., Горяинов П.М., Елизарова И.Р. и др. Новые данные о редкоземельном потенциале Мурманской области. Вестник КНЦ РАН, 2014, № 4(19), с. 50 – 65. / Bazaj A.V., Gorjainov P.M., Elizarova I.R. et al. Novye dannye o redkozemel’nom potenciale Murmanskoj oblasti [New data on the rare earth potential of the Murmansk region]. Vestnik Kol’skogo nauchnogo centra RAN [Bulletin of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences], 2014, v. 4, no. 19, pp. 50 – 65. (In Russ.).
14. Захаров В.И., Воскобойников Н.Б., Скиба Г.С. и др. Разработка солянокислотной технологии комплексной переработки эвдиалита. Записки Горного института, 2005, т. 165, с. 83 – 85. / Zaharov V.I., Voskobojnikov N.B., Skiba G.S. et al. Razrabotka soljanokislotnoj tehnologii kompleksnoj pererabotki jevdialita [Development of hydrochloric acid technology for complex processing of eudialyte]. Zapiski Gornogo instituta [Notes of the Mining Institute], 2005, v. 165, pp. 83 – 85. (In Russ.).
15. Захаров В.И., Скиба Г.С., Соловьев А.С., Лебедев В.Н., Майоров Д.В. Некоторые аспекты кислотной переработки эвдиалита. Цветные металлы, 2011, № 11. с. 2 – 29. / Zaharov V.I., Skiba G.S., Solov’ev A.S., Lebedev V.N., Majorov D.V. Nekotorye aspekty kislotnoj pererabotki jevdialita [Some aspects of acid processing of eudialyte]. Cvetnye metally [Non-ferrous metals], 2011, no. 11, pp. 25 – 29. (In Russ.).
16. Матвеев В.А., Майоров. Д.В. Переработка растворов от солянокислотного разложения эвдиалита с получением Zr-Ti-сорбентов радионуклидов и тяжелых металлов и изучение влияния химического модифицирования на их структурно-поверхностные и сорбционные свойства. Химическая технология, 2015, т. 16, № 8, с. 494 – 500. / Matveev V.A., Majorov. D.V. Pererabotka rastvorov ot soljanokislotnogo razlozhenija jevdialita s polucheniem Zr-Ti-sorbentov radionuklidov i tjazhelyh metallov i izuchenie vlijanija himicheskogo modificirovanija na ih strukturno-poverhnostnye i sorbcionnye svojstva [Processing of solutions from hydrochloric acid decomposition of eudialyte to obtain Zr-Ti sorbents of radionuclides and heavy metals and study of the effect of chemical modification on their structural, surface and sorption properties]. Himicheskaja tehnologija [Chemical technology], 2015, v. 16, no. 8, pp. 494 – 500. (In Russ.).
17. Маслова М.В., Евстропова П.Е. Кинетика сорбции катионов кадмия и кобальта сорбентом на основе фосфата титана. Журнал физической химии, 2021, т. 95, № 10, с. 1585 – 1590. / Maslova M.V., Evstropova P.E. Kinetika sorbcii kationov kadmija i kobal’ta sorbentom na osnove fosfata titana [Kinetics of sorption of cadmium and cobalt cations by a sorbent based on titanium phosphate]. Zhurnal fizicheskoj himii [Journal of Physical Chemistry], 2021, V. 95, no 10. pp. 1585 – 1590. (In Russ.).
18. Грег С., Синг. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984, 306 с. / Greg S., Sing. Adsorbcija, udel’naja poverhnost’, poristost’ [Adsorption, specific surface area, porosity]. Moscow, Mir Publ., 1984, 306 p. (In Russ.).
19. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 2015, v. 87, no. 9 – 10, рр. 1051–1069. DOI 10.1515/pac-2014-1117.
20. Яковлева Н.В. Исследование характеристик пористости объемно-пористых нанокатализаторов на основе оксида алюминия и интерметаллидов системы никель-алюминий. Вопросы материаловедения, 2013, № 1(73), с. 95 – 101. / Jakovleva N. V. Issledovanie harakteristik poristosti ob'emno-poristyh nanokatalizatorov na osnove oksida aljuminija i intermetallidov sistemy nikel’-aljuminij [Investigation of porosity characteristics of bulk-porous nanocatalysts based on aluminum oxide and intermetallides of the nickel-aluminum system]. Voprosy materialovedenija [Questions of materials science], 2013, no. 1(73), pp. 95 – 101. (In Russ.).
21. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 2004, 479 с. / Gmurman V.E. Teorija verojatnostej i matematicheskaja statistika [Probability Theory and Mathematical Statistics]. Moscow, Vysshaja shkola Publ., 2004, 479 p. (In Russ.).
22. Маслова М.В., Чугунов А.С., Герасимова Л.Г., Коновалова Н.В. Кислотно-основные и сорбционные свойства аморфного фосфата титана. Радиохимия, 2013, т. 55, № 4, с. 323 – 328. / Maslova M.V., Chugunov A.S., Gerasimova L.G., Konovalova N.V. Kislotno-osnovnye i sorbcionnye svojstva amorfnogo fosfata titana [Acid-base and sorption properties of amorphous Titanium Phosphate]. Radiohimija [Radiochemistry], 2013, v. 55, no. 4, pp. 323 – 328. (In Russ.).
23. Маслова М.В., Герасимова Л.Г. Влияние условий синтеза на формирование фосфатов титана и их сорбционные свойства. Перспективные материалы, 2015, № 7, с. 72 – 83. / Maslova M.V., Gerasimova L.G. Vlijanie uslovij sinteza na formirovanie fosfatov titana i ih sorbcionnye svojstva [Influence of synthesis conditions on the formation of titanium phosphates and their sorption properties]. Perspektivnye materialy [Promising materials], 2015, no. 7, pp. 72 – 83. (In Russ.).
24. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Под общ. ред. ак. АН УССР А.Т.Пилипенко. Киев: Наукова думка. 1987, 830 с. / Goronovskij I.T., Nazarenko Ju.P., Nekrjach E.F. Kratkij spravochnik po himii [A short guide to Chemistry]. Pod obshh.red. ak. AN USSR A.T.Pilipenko [5th edition, supplement, reprint. Under the general ed. of the Academy of Sciences of the USSR A.T.Pilipenko]. Kiev, Naukova dumka Publ., 1987, 830 p. (In Russ.).

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Структура и прочность пористых материалов на основе порошков карбида титана
разной дисперсности

В. С. Шустов, В. А. Зеленский, А. Б. Анкудинов,
А. С. Устюхин, М. А. Каплан, А. А. Ашмарин

Методами порошковой металлургии спеканием в вакууме при температурах 1300 – 1500 °C из смесей порошков карбида титана и порообразователя гидрокарбоната аммония получены материалы с пористостью от 67,5 до 82,5 %. Методом рентгенофазового анализа установлено, что параметр кристаллической решетки полученных пористых материалов уменьшается с повышением температуры спекания. Это свидетельствует о снижении содержания связанного углерода C/Ti в карбиде титана. В результате сравнительного исследования прочностных характеристик материалов, синтезированных из нано- и субмикронного порошков карбида титана, полученных по данным испытаний на изгиб, установлено, что они имеют близкие значения. Предел прочности находится в диапазоне 2,6 – 18,1 МПа. С увеличением пористости материала предел прочности уменьшается. Разрушение носит хрупкий характер. В изломе материалов, полученных из нанопорошка карбида титана, независимо от температуры спекания наблюдается разрушение как по телу, так и по границам зёрен. В материалах, полученных спеканием при 1500 °C субмикронного порошка карбида титана, разрушение происходит преимущественно по телу зёрен. Выявлено, что при одинаковых условиях спекания плотность пористого материала из нанопорошка карбида титана выше по сравнению с материалом из субмикронного порошка.

Ключевые слова: карбид титана, прочность, нанопорошок, порошковая металлургия, порообразователь, высокопористый материал, пористость.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-50-57

Шустов Вадим Сергеевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский пр., 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и синтеза пористых материалов. E-mail: vshscience@mail.ru.
Зеленский Виктор Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский пр., 49), кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и синтеза пористых материалов. E-mail: zelensky55@bk.ru.
Анкудинов Алексей Борисович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский пр., 49), старший научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и наноматериалов. E-mail: a-58@bk.ru.
Устюхин Алексей Сергеевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334 Москва, Ленинский пр., 49), кандидат технических наук, младший научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и наноматериалов. E-mail: fcbneo@yandex.ru.
Каплан Михаил Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, младший научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и обработки металлов. E-mail: mkaplan@imet.ac.ru.
Ашмарин Артем Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, заведующий лабораторией, специалист в области рентгеноструктурных исследований. E-mail: ashmarin_artem@list.ru.

Ссылка на статью:
Шустов В.С., Зеленский В.А., Анкудинов А.Б., Устюхин А.С., Каплан М.А., Ашмарин А.А. Структура и прочность пористых материалов на основе порошков карбида титана разной дисперсности. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 50 – 57. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-50-57

Литература содержит 11 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library

Перейти

Литература/References

к статье Шустов В.С., Зеленский В.А., Анкудинов А.Б., Устюхин А.С., Каплан М.А., Ашмарин А.А. Структура и прочность пористых материалов на основе порошков карбида титана разной дисперсности. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 50 – 57. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-50-57

1. Wang J. W., Li N. X., Li Z. R. et al. Preparation and gas separation properties of zeolitic imidazolate frameworks-8 (ZIF-8) membranes supported on silicon nitride ceramic hollow fibers. Ceram. Int., 2016, v. 42, no. 7, pp. 8949 – 8954.
2. Yu L., Kanezashi M., Nagasawa H., Tsuru T. Phase inversion/sintering-induced porous ceramic microsheet membranes for high-quality separation of oily wastewater. J. Membrane Sci., 2020, v. 595, art. 117477.
3. Chang Y., Sun X., Ma M. et al. Application of hard ceramic materials B4C in energy storage: Design B4C@C core-shell nanoparticles as electrodes for flexible all-solid-state micro-supercapacitors with ultrahigh cyclability. Nano Energy, 2020, v. 75, art. 104947.
4. Shi Y., Zheng D., Zhang X., et al. Self-supported ceramic electrode of 1T-2H MoS2 grown on the TiC membrane for hydrogen production. Chem. Mater., 2021, v. 33, no. 15, pp. 6217 – 6226.
5. Mao H., Shen F., Zhang Y. et al. Microstructure and mechanical properties of carbide reinforced TiC-based ultra-high temperature ceramics: a Review. Coatings, 2021, v. 11, no. 12, art. 1444.
6. Popovska N., Streitwieser D. A., Xu C., Gerhard H. Paper derived biomorphic porous titanium carbide and titanium oxide ceramics produced by chemical vapor infiltration and reaction (CVI-R). J. Eur. Ceram. Soc., 2005, v. 25, no. 6, pp. 829 – 836.
7. Шустов В.С., Зеленский В.А., Анкудинов А.Б., Устюхин А.С. Прочность и проницаемость пористого материала на основе субмикронного порошка карбида титана. Неорганические материалы, 2022, т. 58, № 10, c. 1047 – 1052. / Shustov V.S., Zelensky V.A., Ankudinov A.B. et al. Strength and permeability of a porous material based on submicron titanium carbide powder. Inorganic Materials, 2022, v. 58, no. 10, pp. 1011 – 1016
8. Moriwaki H., Kitajima S., Shirai K. et al. Application of the powder of porous titanium carbide ceramics to a reusable adsorbent for environmental pollutants. J. Hazard. Mater., 2011, v. 185, no. 2 – 3, pp. 725 – 731.
9. Алымов М.И., Шустов В.С., Касимцев А.В. и др. Синтез нанопорошков карбида титана и изготовление пористых материалов на их основе. Российские нанотехнологии, 2011, № 1 – 2, c. 84 – 89. / Alymov M.I., Shustov V.S., Ankudinov A.B. et al. Synthesis of titanium carbide nanopowders and production of porous materials on their basic. Nanotechnologies in Russia, 2011, no. 1 – 2, pp. 130 – 136.
10. Gnedovets A.G., Zelensky V.A., Ankudinov A.B. et al. Highly porous, hierarchically structured nickel nanomaterials consolidated by powder metallurgy methods. J. Phys. Conf. Ser., 2021, v. 1942, no. 1, art. 012019.
11. Стормс Эдмунд К. Тугоплавкие карбиды: Москва, Атомиздат, 1970, 304 с. / Storms Edmund K. The refractory carbides. New York and London, Academic Press, 1967, 300 p.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Влияние модифицирования йодом и термической постобработки на структуру
и электропроводность оксида графена

Н. А. Чапаксов, Т. П. Дьячкова, Н. Р. Меметов, А. Е. Меметова,
Р. А. Столяров, В. С. Ягубов, Ю. А. Хан

Разработана оригинальная методика модифицирования оксида графена йодом. Показано, что при обработке оксида графена йодом происходит удаление кислородсодержащих групп с поверхности графеновых плоскостей, что способствует повышению электропроводящих свойств материала. Исследовано изменение структуры и электропроводности модифицированного оксида графена, в зависимости от концентрации йода. По данным спектроскопии комбинационного рассеяния видно, что в составе модифицированных материалов присутствуют молекулярные комплексы йода I3– и I5–. Методом рентгенофазового анализа исследованы изменения в структуре кристаллической решетки модифицированных йодом пленок оксида графена. Проанализировано влияние йодирования на изменение качественного состава функциональных групп в материале методом ИК-спектроскопии. Удельная электрическая проводимость оксида графена в результате модифицирования увеличивается с 9,6·10–10 См/см у исходного материала до 3,3·10–7 См/см — у материала, обработанного изопропанольным раствором, содержащим 1 масс. % I2 по отношению к сухому оксиду графена. Дополнительно модифицированные пленки подвергнуты термической обработке при 80 °С в течение 2 ч. Проанализированы происходящие при этом изменения структуры материала и показано увеличение удельной электрической проводимости на один-два порядка после этой термообработки.

Ключевые слова: оКсид графена; йод; структура; электропроводность; восстановленный оксид графена; наноматериалы.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-58-66

Чапаксов Николай Андреевич — ФГБОУ ВО “Тамбовский государственный технический университет” (ФГБОУ ВО “ТГТУ”, Тамбов, 392000, ул. Советская, 106), старший лаборант, специалист в области диагностики свойств углеродных наноструктурных материалов. E-mail: tchapaxov.nikolaj@yandex.ru.
Дьячкова Татьяна Петровна — ФГБОУ ВО “Тамбовский государственный технический университет” (ФГБОУ ВО “ТГТУ”, Тамбов, 392000, ул. Советская, 106), доктор химических наук, профессор, профессор, cпециалист в области функционализации и модифицирования углеродных наноструктурных материалов. E-mail: dyachkova_tp@mail.ru.
Меметов Нариман Рустемович — ФГБОУ ВО “Тамбовский государственный технический университет” (ФГБОУ ВО “ТГТУ”, Тамбов, 392000, ул. Советская, 106), кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой, cпециалист в области синтеза и практического применения углеродных наноструктурных материалов. E-mail: memetov.nr@mail.tstu.ru.
Меметова Анастасия Евгеньена — ФГБОУ ВО “Тамбовский государственный технический университет” (ФГБОУ ВО “ТГТУ”, Тамбов, 392000, ул. Советская, 106), кандидат технических наук, доцент, специалист в области нанотехнологий. E-mail: anastasia.90k@mail.ru.
Столяров Роман Александрович — ФГБОУ ВО “Тамбовский государственный технический университет” (ФГБОУ ВО “ТГТУ”, Тамбов, 392000, ул. Советская, 106), кандидат технических наук, доцент, специалист в области нанотехнологий. E-mail: stolyarovra@mail.ru.
Ягубов Виктор Сахибович — ФГБОУ ВО “Тамбовский государственный технический университет” (ФГБОУ ВО “ТГТУ”, Тамбов, 392000, ул. Советская, 106), кандидат технических наук, инженер, специалист в области нанотехнологий. E-mail: vitya-y@mail.ru.
Хан Юлиан Александрович — ФГБОУ ВО “Тамбовский государственный технический университет” (ФГБОУ ВО “ТГТУ”, Тамбов, 392000, ул. Советская, 106), младший научный сотрудник, cпециалист в области диагностики свойств углеродных наноструктурных материалов. E-mail: khantermail@gmail.com.

Ссылка на статью:
Чапаксов Н.А., Дьячкова Т.П., Меметов Н.Р., Меметова А.Е., Столяров Р.А., Ягубов В.С., Хан Ю.А. Влияние модифицирования йодом и термической постобработки на структуру и электропроводность оксида графена. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 58 – 66. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-58-66

Литература содержит 23 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library

Перейти

Литература/References

к статье Чапаксов Н.А., Дьячкова Т.П., Меметов Н.Р., Меметова А.Е., Столяров Р.А., Ягубов В.С., Хан Ю.А. Влияние модифицирования йодом и термической постобработки на структуру и электропроводность оксида графена. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 58 – 66. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-58-66

1. Jingzhong L., Shuping C., Yanan L., Bijing Z. Progress in preparation, characterization, surface functional modification of graphene oxide: A review. Journal of Saudi Chemical Society, 2022, v. 26, iss. 6, art. 101560.
2. Nazrul Islam K., Sudipta H., Nabajyoti T., Subhankar D., Goyat M.S. Surface oxidized/silanized graphite nanoplatelets for reinforcing an epoxy matrix. Materials Chemistry and Physics, 2021, v. 258, art. 123851.
3. Barrera-Andrade J.M., Rojas-García E., García-Valdés J., Valenzuela M.A., Albiter E. Incorporation of amide functional groups to graphene oxide during the photocatalytic degradation of free cyanide. Materials Letters, 2020, v. 280, art. 128538.
4. Jingzhong L., Shuping C., Yanan L., Bijing Z. Progress in preparation, characterization, surface functional modification of graphene oxide: A review. Journal of Saudi Chemical Society, 2022, v. 26, iss. 6, art. 101560.
5. Jorge Pavel Victoria Tafoya, Doszczeczko S., Titirici M.M., Jorge Sobrido A.B. Enhancement of the electrocatalytic activity for the oxygen reduction reaction of boron-doped reduced graphene oxide via ultrasonic treatment. International Journal of Hydrogen Energy, 2022, v. 47, iss. 8, pp. 5462 – 5473.
6. Hang Z., Lijun Z., Lin Y, Guangyu L. Capacity and cycle performance of lithium ion batteries employing CoxZn1-xS/Co9S8@N-doped reduced graphene oxide as anode material. Chemical Engineering Journal, 2021, v. 409, art. 127372.
7. Wiench P., González Z., Gryglewicz S., Menéndez R., Gryglewicz G. Enhanced performance of pyrrolic N-doped reduced graphene oxide-modified glassy carbon electrodes for dopamine sensing. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019, v. 852, art. 113547.
8. Omer A., Adhikari S., Adhikary S., Rusop M., Uchida H., Soga T., Umeno M. Electrical conductivity improvement by iodine doping for diamond-like carbon thin-films deposited by microwave surface wave plasma CVD. Diamond and Related Materials, 2006, v. 15, iss. 4, pp. 645 – 648.
9. Blokhin A., Stolyarov R., Burmistrov I., Gorshkov N., Kolesnikov E., Yagubov V., Tkachev A., Zaytsev I., Tarov D., Galunin E, Offor P., Kiselev N. Increasing electrical conductivity of PMMA-MWCNT composites by gas phase iodination. Composites Science and Technology, 2021, v. 214, pp. 108972.
10. Yucan Z., Xingke Y., Hedong J., Lingling W., Peng Z., Ziyu Y., Zquan W., Chunyang J. Iodine-steam doped graphene films for high-performance electrochemical capacitive energy storage. Journal of Power Sources, 2018, v. 400, pp. 605 – 612.
11. Fakharan Z., Naji L., Madanipour K. Surface roughness regulation of reduced-graphene oxide/iodine – Based electrodes and their application in polymer solar cells. Journal of Colloid and Interface Science, 2019, v. 540, pp. 272 – 284. DOI:10.1016/j.jcis.2019.01.029.
12. Yan-Jun W., Peng-Li Z., Shu-Hui Y., Rong S., Ching-Ping W., Wei-Hsin L. Graphene paper for exceptional EMI shielding performance using large-sized graphene oxide sheets and doping strategy. Carbon, 2017, v. 122, pp. 74 – 81.
13. Yunfeng Z., Jilin H., Zhipeng L., Xiang Y., Dongrong Z., Xiaoxue Z., Fangyan X., Weihong Z., Jian C., Hui M. Iodine/nitrogen co-doped graphene as metal free catalyst for oxygen reduction reaction. Carbon, 2015, v. 95, pp. 930 – 939.
14. Ткачев А.Г., Мележик А.В., Осипов А.А., Ткачев М.А. Способ получения оксида графена, Патент РФ RU2709594C1, 18.12.2019. / Tkachev A.G., Melezhik A.V., Osipov А.А., Tkachev М.А. [Method for producing graphene oxide], Patent RF RU2709594C1, 18.12.2019.
15. URL: http://www.nanotc.ru/producrions/82-modifications.
16. Ghosh S., Ganesan K., Polaki S.R., Ravindran T.R., Krishna N.G., Kamruddin M., Tyagi A.K. Evolution and defect analysis of vertical graphe nenanosheets. Journal of Raman Spectroscopy, 2014, v. 45, iss. 8, pp. 642 – 649.
17. Zhu X., Guo X., Song J., Han P., Xin G., Wang R. Facial precipitation fabrication of visible light driven nitrogen-doped graphene quantum dots decorated iodine bismuth oxide catalysts. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2022, v. 633, art. 127841.
18. Stobinski L., Lesiak B., Malolepszy A., Mazurkiewicz M., Mierzwa B., Zemek J., Jiricek P., Bieloshapka I. Graphene oxide and reduced graphene oxide studied by the XRD, TEM and electron spectroscopy methods. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 2014, v. 195, pp. 145 – 154.
19. Ribeiro-Soares M.E.J., Oliveros C. Gari. Structural analysis of polycrystalline graphene systems by Raman spectroscopy. Carbon, 2015, v. 95, pp. 646 – 652.
20. Suhaimin N.S., Hanifah M.F.R., Azhar M., Jaafar J., Aziz M., Ismail A.F., Othman M.H.D., Rahman M.A., Aziz F., Yusof N., Mohamud R. The evolution of oxygen-functional groups of graphene oxide as a function of oxidation degree. Materials Chemistry and Physics, 2022, v. 278, art. 125629.
21. Shulga Y.M., Shulga N.Y., Parkhomenko Y.N. Carbon nanostructures reduced from graphite oxide as electrode materials for supercapacitors. Modern Electronic Materials, 2015, v. 1, iss. 1, pp. 1 – 9.
22. Memetova A., Tyagi I., Karri R.R., Suhas, Memetov N., Zelenin A., Stolyarov R., Babkin A., Yagubov V., Burmistrov I., Tkachev A., Bogoslovskiy V., Shigabaeva G, Galunin E. High-Density Nanoporous carbon materials as storage material for Methane: A value-added solution. Chemical Engineering Journal, 2022, v. 433, iss. 1, art. 134608.
23. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. М.: МГУ, 2012, 54 с. / Tarasevich B.N. IK spektry osnovnyh klassov organicheskih soedinenij. Spravochnye materialy [IR spectra of the main classes of organic compounds. Reference materials], Moscow, MSU Publ., 2012, 54 p. (In Russ.).

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Исследование структуры и свойств металл-интерметаллидного материала
на основе (Ti – Al – Mg)/Ti, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза совмещенного с прессованием

П. А. Лазарев, А. Е. Сычев, Ю. В. Богатов, О. Д. Боярченко

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), совмещенного с прессованием, впервые получен металл-интерметаллидный материал на основе продуктов горения слоевой системы (Ti – Al – Mg)/Ti. Экзотермический синтез из элементарных порошков осуществляли при давлении 10 МПа, а прессование горячего продукта синтеза — при давлении 250 МПа. Продемонстрировано, что в результате СВС-прессования формируется неразъемное соединение слоев “интерметаллид/метал”. Исследованы основные особенности формирования микроструктуры, фазовый состав и прочностные свойства переходных зон на границе между реагирующими СВС- составами Ti – Al – Mg и Ti-подложкой. Толщина переходной зоны между слоями составила не менее 15 мкм. Результаты энерго-дисперсионного анализа (ЭДА) показали, что Mg в синтезированном сплаве находится в основном в межзёренных прослойках, в виде небольшого количества соединения Ti – Al – Mg, что говорит о неполной реакционной диффузии между слоями Ti – Al и Al – Mg. Микротвёрдость зёрен Ti – Al в синтезированном сплаве, имеет среднее значение 5820 МПа, а матрицы на основе Al – Mg — 3980 МПа. Гидростатическая плотность равна 3,3 г/см3, при пористости менее 13 %. Пористость сплава на основе Ti – Al – Mg, полученного методом СВС-прессования, получилось уменьшить в 3 раза.

Ключевые слова: самораспространяющийся высокотемпературный синтез, алюминид титана, Ti – Al – Mg, интерметаллиды, микроструктура,

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-67-76

Лазарев Павел Андреевич — Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения
им. А.Г. Мержанова РАН (142432 Россия, Академика Осипьяна, 8, Черноголовка), младший научный сотрудник. Специалист в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, микроанализа, интерметаллидов. E-mail: lazarev@ism.ac.ru.
Сычев Александр Евгеньевич — Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения
им. А.Г. Мержанова РАН (142432 Россия, Академика Осипьяна, 8, Черноголовка), ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией. Специалист в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, микроанализа, интерметаллидов. E-mail: sytschev@ism.ac.ru.
Богатов Юрий Владимирович — Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения
им. А.Г. Мержанова РАН (142432 Россия, Академика Осипьяна, 8, Черноголовка), научный сотрудник. Специалист в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, микроанализа, интерметаллидов.
E-mail: bogatov@ism.ac.ru.
Боярченко Ольга Дмитриевна — Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения
им. А.Г. Мержанова РАН (142432 Россия, Академика Осипьяна, 8, Черноголовка), младший научный сотрудник. Специалист в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, микроанализа, интерметаллидов. E-mail: boyarchenko@ism.ac.ru.

Ссылка на статью:
Лазарев П.А., Сычев А.Е., Богатов Ю.В., Боярченко О.Д. Исследование структуры и свойств металл-интерметаллидного материала на основе (Ti – Al – Mg)/Ti, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза совмещенного с прессованием. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 67 – 76. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-67-76

Литература содержит 20 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library

Перейти

Литература/References

к статье Лазарев П.А., Сычев А.Е., Богатов Ю.В., Боярченко О.Д. Исследование структуры и свойств металл-интерметаллидного материала на основе (Ti – Al – Mg)/Ti, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза совмещенного с прессованием. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 67 – 76. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-1-67-76

1. Vaidya W.V., Horstmann M., Ventzke V., Petrovski B., Kocak M., Kocik R., Tempus G. Structure–property investigations on a laser beam welded dissimilar joint of aluminium AA6056 and titanium Ti6Al4V for aeronautical applications. Part I: local gradients in microstructure, hardness and strength. Materialwissenshaft Werkstofftech., 2009, v. 40, no. 8, pp. 623 – 633, https://doi.org/10.1002/mawe. 200900366.
2. Manladan S., Yusof F., Ramesh S., Fadzil M. A review on resistance spot welding of magnesium alloys. Int. J. Adv. Manuf. Technol, 2016, v. 86, no. 5, pp. 1805 – 1825, https://doi.org/10.1007/s00170-015-8258-9.
3. Liu L. Introduction to welding and joining of magnesium. Welding and Joining of Magnesium Alloys, 2010, pp. 3 – 8, https://doi.org/10.1533/9780857090423.1.3.
4. Manladan S., Yusof F., Ramesh S., Fadzil M., Luo Z., Ao S. A review on resistance spot welding of aluminum alloys. Int. J. Adv. Manuf. Technol, 2017, v. 90, no. 1, pp. 605 – 634, https://doi.org/10.1007/s00170-016-9225-9.
5. Han L., Thornton M., Shergold M. A comparison of the mechanical behaviour of self-piercing riveted and resistance spot welded aluminium sheets for the automotive industry. Mater. & Design, 2010, v. 31, no. 3, pp. 1457 – 1467, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2009.08.031.
6. Ambroziak A., Korzeniowski M. Using resistance spot welding for joining aluminium elements in automotive industry. Arch. Civ. Mech. Eng., 2010, v. 10, no. 1, pp. 5 – 13, https://doi.org/10.1016/S1644-9665(12) 60126-5.
7. Rodriguez R., Jordon J., Allison P., Rushing T., Garcia L. Microstructure and mechanical properties of dissimilar friction stir welding of 6061-to-7050 aluminum alloys, Mater. Design, 2015, v. 83, pp. 60 – 65, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.05.074.
8. Han L., Thornton M., Boomer D., Shergold M. A correlation study of mechanical strength of resistance spot welding of AA5754 aluminium alloy. J. Mater. Process. Technol., 2011, v. 211, no. 3, pp. 513 – 521, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.11.004.
9. Han L., Thornton M., Li D., Shergold M. Effect of governing metal thickness and stack orientation on weld quality and mechanical behaviour of resistance spot welding of AA5754 aluminium. Mater. Des., 2011, v. 32, no. 4, pp. 2107 – 2114, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.11.047.
10. Liu J., Rao Z., Liao S., Wang P.-C. Modeling of transport phenomena and solidification cracking in laser spot bead-on-plate welding of AA6063-T6 alloy. Part I. The mathematical model, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2014, v. 73, no. 9 – 12, pp. 1705 – 1716, https://doi.org/10.1007/s00170-014-5924-2.
11. Николаев И.В., Москвитин В.И., Фомин Б.А. Металлургия легких металлов. М.: Металлургия, 1997, 430 c. / Nikolaev I.V., Moskvitin V.I., Fomin B.A. Metallurgiya legkix metallov [Metallurgy of light metals]. Moscow, Metallurgiya, 1997, 430 p. (In Russ.).
12. Lazarev P.A., Sychev A.E., Kochetov N.A., Sachkova N.V. Preparation of an Al–Ti–Mg Composite by Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Inorganic Materials, 2021, v. 57, no. 3, pp. 324 – 329. DOI: 10.1134/S0020168521030079.
13. Питюлин А.Н. Силовое компактирование в СВС-процессах. В книге: Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. Под ред. Сычева А.Е. Черноголовка: Территория. 2001. c. 333 – 353. / Pityulin A.N. Silovoe kompaktirovanie v SVS-processax [Power compaction in SHS processes]. In book: Samorasprostranyayushhijsya vy`sokotemperaturny`j sintez: teoriya i praktika. Chernogolovka: Territoriya, 2001, 333 – 353 p.
14. Shcherbakov V.A., Gryadunov A.N., Alymov M.I. Synthesis and characteristics of the B4C-ZrB2 composites. Lett. Mater., 2017, v. 7, pp. 398 – 401, https://doi.org/10.22226/2410-3535-2017-4-398-401.
15. Caetano M., Trindade B. Synthesis of a lightweight Ti–10Al–5Mg (wt.%) alloy by mechanical alloying followed by compaction and sintering. J Mater Sci., 2007, v. 42, pp. 7684 – 7689. DOI 10.1007/s10853-007-1663-1.
16. Zhang F.Y., Yan M.F., You Y., Zhang C.S., Chen H.T. Prediction of elastic and electronic properties of cubic Al18Ti2Mg3 phase coexisting with Al3Ti in Al–Ti–Mg system. Physica B., 2013, v. 408, pp. 68 – 72, http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2012.09.039.
17. Kurt H.I., Guzelbey I.H., Salman S. An experimental study of investigating the relationships between structures and properties of al alloys included with high Mg and high Ti. Int. J. Materials and Product Technology., 2018, v. 56, no. 3. pp. 271 – 283. DOI: 10.1504/IJMPT.2018.10010367.
18. Kavian O. Cooke. Kinetics of joint formation during diffusion induced solid state bonding of titanium and magnesium alloys. Conference: Latin American and Caribbean Consortium of Engineering Institutions, 2020. DOI: 10.18687/LACCEI2020.1.1.287.
19. Holleman A.F., Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der anorganischen Chemie, Walter de Gruyter, Berlin — New York, 1995, 1451 p., https://doi.org/10.1515/9783110838176.
20. Wen D., Rongrong H., Hongyun Z., Xiangtao G., Bo C., Caiwang T. Effect of Al content in magnesium alloy on microstructure and mechanical properties of laser-welded Mg/Ti dissimilar joints. Materials, 2020, v. 13. no. 12, pp. 27 – 43, https://doi.org/10.3390/ma13122743.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Экспериментальная оценка адекватности численного моделирования межслоевой трещиностойкости слоистого стеклоэпоксикомпозита при комбинированной моде нагружения I/II

П. Г. Бабаевский, Н. В. Салиенко, А. А. Шаталин

Проведена оценка достоверности численного моделирования роста трещин в слоистом стеклоэпоксикомпозите при комбинированном нагружении раскрытием (мода I) и сдвигом (мода II) межслоевой трещины. По экспериментально определенным стандартными (методами двойной консольной балки (double cantilever beam (DCB)) и 3-х точечным изгибом (м(метод изгиба балки с концевым надрезом (end notched flexure (ENF)) и нестандартными (изгиб балки с одной ножкой (single-leg bending (SLB)) и изгиб балки над ножкой (over-leg bending (OLB))) методами значениям параметров межслоевой трещиностойкости при индивидуальных и комбинированных модах нагружения I и II рассчитан показатель степени в уравнении Бензега – Кенана как материальная константа слоистого эпоксистеклокомпозита. С использованием этого параметра и с помощью пакета прикладных программ “ANSYS” в рамках линейной упругой механики разрушения и метода виртуального закрытия трещины проведено численное конечно-элементное моделирование межслоевой трещиностойкости образцов типа SLB и OLB при комбинированной моде нагружения с различной долей мод. При оптимальном числе элементов в конечно-элементной сетке, приходящихся на заданную длину траектории роста трещины, численное моделирование обеспечивает достаточную точность расчетов предельной нагрузки начала роста трещины при минимальном объеме вычислений и хорошее соответствие экспериментально определенных и рассчитываемых параметров трещиностойкости.

Ключевые слова: стеклоэпоксикомпозит, межслоевая трещиностойкость, экспериментальные методы, комбинированные моды нагружения, обобщенный критерий разрушения Бензега-Кенана, численное моделирование, метод конечных элементов (КЭ), метод виртуального закрытия трещины.

DOI: 10.30791/1028-978X-2023-12-77-84

Бабаевский Петр Гордеевич — Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет (121552, Москва, ул. Оршанская, 3), доктор технических наук, профессор, и.о. заведующего кафедрой Технологии композиционных материалов, конструкций и микросистем, специалист в области материаловедения и технологий полимерных композиционных материалов. E-mail: pgbabayevs@mail.ru.
Салиенко Николай Викторович —Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет (121552, Москва, ул. Оршанская, 3), кандидат технических наук, доцент, специалист в области материаловедения и технологий полимерных композиционных материалов. E-mail: salienkonv@mai.ru.
Шаталин Александр Андреевич — Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет (121552, Москва, ул. Оршанская, 3), ассистент кафедры Технологии композиционных материалов, конструкций и микросистем, специалист в области материаловедения и технологий полимерных композиционных материалов. E-mail: aashatalin@yandex.ru.

Ссылка на статью:
Бабаевский П.Г., Салиенко Н.В., Шаталин А.А. Экспериментальная оценка адекватности численного моделирования межслоевой трещиностойкости слоистого стеклоэпоксикомпозита при комбинированной моде нагружения I/II. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 77 – 84. DOI: 10.30791/1028-978X-2023-12-77-84

Литература содержит 14 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library

Перейти

Литература/References

к статье Бабаевский П.Г., Салиенко Н.В., Шаталин А.А. Экспериментальная оценка адекватности численного моделирования межслоевой трещиностойкости слоистого стеклоэпоксикомпозита при комбинированной моде нагружения I/II. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 77 – 84. DOI: 10.30791/1028-978X-2023-12-77-84

1. Benzeggagh M., Kenane M. Measurement of mixed mode delamination fracture toughness of unidirectional glass/epoxy composites with mixed mode bending apparatus. Composites Science and Technology, 1996, v. 56, pp. 439 – 449.
2. Яковлев Н.О., Гуляев А.И., Лашов О.А. Трещиностойкость слоистых полимерных композиционных материалов (обзор). Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн., 2016, №4, c. 106 – 114.URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 05.10.2022). / Yakovlev N.O., Gulyaev A.I., Lashov O.A. Treshchinostojkost’ sloistyh polimernyh kompo-zicionnyh materialov (obzor) [Crack resistance of layered polymer composite materials (review)]. Trudy VIAM: elektron. nauch.-tekhnich. zhurn. [Proceedings of VIAM: electron. scientific and technical journal], 2016, no. 4, pp.106 – 114. URL: http://www.viam-works.ru (date of application:05.10.2022). (In Russ.).
3. Standard test method for mode I interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber-reinforced polymer matrix composites. Designation: D 5528-13, ASTM International West Conshohocken, PA, 2016.
4. Standard test method for determination of the mode II interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber-reinforced polymer matrix composites: D 7905/D 7905M-14, ASTM International West Conshohocken, PA, 2016.
5. Standard test method for mixed mode I-mode II interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber reinforced polymer matrix composites: D 6671/D 6671M-М22, ASTM International West Conshohocken, PA, 2022.
6. Davidson B.D., Sundararaman V. A single leg bending test for interfacial fracture toughness determination. International Journal of Fracture, 1996, v. 78, pp. 193 – 210.
7. Szekrenyes A., Uj J. Over-leg bending test for mixed-mode I/II interlaminar fracture in composite laminates. Int. J. Damage Mech., 2007, v. 16, pp. 5 – 33.
8. Camanho R.R., Davila C.G., de Moura M. Numerical simulation of mixed mode progressive delamination in composite materials. J. Compos. Mater., 2003, v. 37, pp. 1415 – 1438.
9. Turon A., Camanho P.P., Costa J., Renart J. Accurate simulation of delamination growth under mixed-mode loading using cohesive elements: deﬁnition of interlaminar strengths and elastic stiffness. Compos. Struct., 2010, v. 92, pp. 1857 – 1864.
10. Sidharth Reddy Karnati, Kunigal Shivakumar. Limited input benzeggagh and kenane delamination failure criterion for mixed-mode loaded ﬁber reinforced composite laminates. Int. J. Fract., 2020, v. 222, pp. 221 – 230.
11. ANSYS Mechanical APDL Structural Analysis Guide. Release 15.0, November 2013, pp. 339 – 407.
12. Krueger R. Virtual crack closure technique: History, approach, and applications. Appl. Mech. Rev., 2004, v. 57, no. 2, pp. 109 – 143.
13. Hongsu Bae, Minsong Kang, Kyeongsik Woo, In-Gul Kim, Kyung-hwan In. Test and analysis of modes I, II and mixed-mode I/II delamination for carbon/epoxy composite laminates. International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 2019, v. 20, pp. 636 – 652.
14. Бабаевский П.Г., Салиенко Н.В., Новиков Г.В. Использование экспериментально определенных параметров когезионной зоны при численной оценке устойчивости к расслоению полимерных композитов. Перспективные материалы, 2019, №3. с. 74 – 81. / Babayevsky P.G., Salienko N.V., Novikov G.V. Use of experimentally determined parameters of the cohesive zone in the numerical evaluation of the resistance to delamination of polymer composites materials. Inorganic Materials: Applied Research, 2019, v. 10, no. 5, pp. 1259 – 1264.