LiNbO₃ ҚОСПАСЫМЕН ЛЕГИРЛЕНГЕН Li₂TiO₃ НЕГІЗІНДЕГІ КЕРАМИКАНЫҢ ҚҰРЫЛЫМДЫҚ ӨЗГЕРІСТЕРІ МЕН БЕРІКТЕНУ МЕХАНИЗМДЕРІН ЗЕРТТЕУ

Литий ниобатымен (LiNbO₃) 0.05–0.25 М концентрациялар диапазонында модификацияланған литий метатитанаты (Li₂TiO₃) негізіндегі керамикалық материалдар зерттелді. Синтез 150–600 айн/мин аралығындағы ұнтақтау жылдамдығында, 50 айн/мин қадаммен планетарлық диірменде механикалық активтендіру әдісімен жүргізіліп, кейін 700 °C температурада 5 сағат бойы термиялық тұрақтандыру жүзеге асырылды. Жұмыстың мақсаты модификациялаушы қоспаның концентрациясы, механикалық өңдеу энергиясы және алынған керамиканың құрылымдық-механикалық қасиеттері арасындағы тәуелділікті анықтау болды.

Фазалық құрамы мен құрылымдық параметрлері рентгендік дифракция әдісімен, ал керамиканың морфологиялық ерекшеліктері сканерлеуші электрондық микроскопия әдісімен зерттелді. Моноклиндік Li₂TiO₃ фазасы мен ромбоэдрлік LiNbO₃ фазасынан тұратын екі фазалы жүйенің қалыптасуы модификациялаушы қоспа мөлшерінің өзгеруіне байланысты кристалдық тор параметрлерінің өзгеруімен және когерентті шашырау аймақтары өлшемдерінің азаюымен қатар жүретіні анықталды. Сканерлеуші электрондық микроскопия (СЭМ) нәтижелері LiNbO₃ қосылған кезде керамика морфологиясының қоспа концентрациясына байланысты айқын өзгеретінін көрсетті. Механикалық активтендіру жылдамдығын 600 айн/мин-ге дейін және модификациялаушы қоспа концентрациясын 0.25 М-ге дейін арттыру ұсақ түйіршікті композиттік микроқұрылымның қалыптасуына ықпал етіп, модификацияланбаған материалмен салыстырғанда беріктік сипаттамаларының жоғарылауына әкеледі.

Алынған нәтижелер LiNbO₃ мөлшері мен механикалық активтендіру параметрлерін өзгерту литийқұрамды керамикалық материалдардың фазалық-құрылымдық күйі мен механикалық қасиеттерін басқарудың тиімді тәсілдерінің бірі болып табылатынын көрсетті. Бұл тәсіл жоғары температуралы энергетикалық қолдану салалары үшін литийқұрамды керамикалардың қасиеттерін одан әрі оңтайландыруға мүмкіндік береді.

1. Ipponsugi A., Katayama K., Hoshino T. Tritium release behavior from neutron-irradiated Li2+xTiO3+y with 20wt% Li2ZrO3 pebbles under different atmospheres //Fusion Engineering and Design. – 2023. – V. 194. – P. 113825. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2023.113825

2. Peng J. et al. Lead molar fraction: A key factor influencing the phase composition and mechanical properties of lithium lead titanate tritium breeder via solid-state route // Ceramics International. – 2025. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.09.254

3. Panchal M., Patel H., Chaudhuri P. Study of effective thermal conductivity of compressed lithium metatitanate pebble beds at high temperature //Fusion Engineering and Design. – 2024. – V. 205. – P. 114573. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2024.114573

4. Mukai K., Yasumoto M., Terai T. Lithium vapor chemistry of hyper-stoichiometric lithium metatitanate Li2.12(2)TiO3+y //The Journal of Physical Chemistry. – 2020. – V. 124. – №. 20. – P. 10870-10877. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c02454

5. Tan G. et al. Scalable fabrication and deuterium release properties of Li2TiO3-Li2ZrO3 ceramic pebbles via centrifugal granulation //Journal of Nuclear Materials. – 2025. – V. 615. – P. 155933. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2025.155933

6. Guo H. et al. Synthesis, characterization and sintering of Li2TiO3 nanoparticles via low temperature solid-state reaction //Ceramics International. – 2020. – V. 46. – №. 2. – P. 1816-1823. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.09.157

7. Anikiev A. A. et al. Parametrization of nonstoichiometric lithium niobate crystals with different states of defectivity // Optical materials. – 2021. – V. 111. – P. 110729. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110729

8. Weis R. S., Gaylord T. K. Lithium niobate: Summary of physical properties and crystal structure //Applied Physics A. – 1985. – V. 37. – №. 4. – P. 191-203. https://doi.org/10.1007/BF00614817

9. Zhang Y. et al. Lithium Niobate Crystal Preparation, Properties, and Its Application in Electro-Optical Devices // Inorganics. – 2025. – V. 13. – №. 9. DOI: 10.3390/inorganics13090278

10. Sánchez-Dena O. et al. Lithium niobate single crystals and powders reviewed—Part I //Crystals. – 2020. – V. 10. – №. 11. – P. 973. https://doi.org/10.3390/cryst10110973

11. Kataoka K. et al. Crystal growth and structure refinement of monoclinic Li2TiO3 //Materials Research Bulletin. – 2009. – V. 44. – №. 1. – P. 168-172. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2008.03.01

12. Palmero P. Structural ceramic nanocomposites: a review of properties and powders’ synthesis methods //Nanomaterials. – 2015. – Т. 5. – №. 2. – С. 656-696. https://doi.org/10.3390/nano5020656

13. Zhou Q. et al. Effect of neutron dose on the tritium release behavior of Li2TiO3–0.5Li4SiO4 biphasic ceramic // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – V. 48. – №. 11. – P. 4363-4370. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.009

14. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling //Progress in materials science. – 2001. – V. 46. – №. 1-2. – P. 1-184. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(99)00010-9

15. Meyers M. A., Mishra A., Benson D. J. Mechanical properties of nanocrystalline materials //Progress in materials science. – 2006. – V. 51. – №. 4. – P. 427-556. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2005.08.003

16. Shlimas D. I. et al. The influence of variation in the ratio of components in two-phase lithium-containing ceramics on defect formation processes //Nuclear Materials and Energy. – 2025. – P. 101980. https://doi.org/10.1016/j.nme.2025.101980

17. Guo S. et al. Development of fine-grained Li2(Ti,Zr) O3-Li4SiO4 biphasic ceramic pebbles via a solid solutioncomposite dual strategy //Ceramics International. – 2026. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.04.242