ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В КОМПОЗИТНЫХ Al₂O₃-Si₃N₄ КЕРАМИКАХ ПРИ ВАРИАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ СПЕКАНИЯ

Целью данной работы является установление закономерностей процессов фазообразования в Al₂O₃-Si₃N₄ керамиках в диапазоне температур отжига от 800 до 1500 °С, а также определение влияния фазового состава керамик на прочностные свойства. Интерес к данному классу композитных керамик обусловлен возможностями применения их в качестве материалов для инертных матриц дисперсного ядерного топлива. Оценка фазового состава в результате термического отжига образцов была проведена с применением метода рентгенофазового анализа. В ходе проведенного анализа установлены следующие фазовые превращения: Si₃N₄/Al₂O₃ → Si₃N₄/Al₂O₃-M/Al₂O₃-R → Si₃N₄/Al₂O₃-R/Al₂SiO₅ → Al₂SiO₅/SiO₂, согласно которым изменение температуры отжига приводит к полиморфным превращениям оксида алюминия при увеличении температуры отжига, а также формированию фазы сложного оксида типа Al₂SiO₅. При этом при температуре отжига выше 1400 °С наблюдается превращение типа Si₃N₄ → SiO₂, связанное с процессами разложения нитрида кремния и его трансформации в оксид кремния при взаимодействии с воздушной средой при отжиге. Было установлено, что первичными процессами при отжиге керамик являются процессы структурного упорядочения образцов, без значительного изменения соотношения фаз.

1. Lee William E., [et al.] Nuclear applications for ultra‐high temperature ceramics and MAX phases // Ultra‐High Temperature Ceramics: Materials for Extreme Environment Applications. – 2014. – Vol. 1. – P. 391–415.

2. Lee W. E., Gilbert M., Murphy S. T., Grimes R. W. Opportunities for advanced ceramics and composites in the nuclear sector // Journal of the American Ceramic Society. – 2013. – Vol. 96.7. – P. 2005–2030.

3. Boccaccini L. V., Aiello G., Aubert J., Bachmann C., Barrett T., Del Nevo A., Vala L. Objectives and status of EUROfusion DEMO blanket studies // Fusion Engineering and Design. – 2016. – Vol. 109. – P. 1199–1206.

4. Schramm A. [et al.] High temperature wettability and corrosion of ZrO2, Al2O3, Al2O3-C, MgO and MgAlON ceramic substrates by an AZ91 magnesium alloy melt // Journal of the European Ceramic Society. – 2022. – Vol. 42, No. 6. – P. 3023–3035.

5. Nandi C. [et al.] Phase evolution in M1-xPuxO2 (0.0≤x≤ 0.6) (M= Zr, Th) as potential inert matrix fuel system under reducing and oxidizing conditions // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – Vol. 547. – P. 152800.

6. Shelley A., Ovi M.H. Possibility of curium as a fuel for VVER-1200 reactor // Nuclear Engineering and Technology. – 2022. – Vol. 54, No. 1. – P. 11–18.

7. Kiegiel K.[ et al.] Management of Radioactive Waste from HTGR Reactors including Spent TRISO Fuel—State of the Art // Energies. – 2022. – Vol. 15, No. 3. – P. 1099.

8. Alekseeva L. S. [et al.] Mechanical Properties and Thermal Shock Resistance of Fine-Grained Nd: YAG/SiC Ceramics // Inorganic Materials. – 2022. – Vol. 58, No. 2. – P. 199–204.

9. Zhang J. [et al.] Modelling of effective irradiation swelling for inert matrix fuels // Nuclear Engineering and Technology. – 2021. – Vol. 53, No. 8. – P. 2616–2628.

10. Araya N., Madariaga J., Toledo M. Numerical modelling of a three-zone combustion for heavy fuel oil in inert porous media reactor // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – Vol. 46, No. 43. – P. 22385–22396.

11. Ivanov I.A. [et al]. Study of the Effect of Y2O3 Doping on the Resistance to Radiation Damage of CeO2 Microparticles under Irradiation with Heavy Xe22+ Ions // Crystals. – 2021. – Vol. 11, No. 12. – P. 1459.

12. Liu Y. [et al]. Irradiation response of Al2O3-ZrO2 ceramic composite under He ion irradiation // Journal of the European Ceramic Society. – 2021. – Vol. 41, No. 4. – P. 2883–2891.

13. Gurevich V. L., Tagantsev A.K. Intrinsic dielectric loss in crystals // Adv. Phys. – 1991. – Vol. 40 (6). – P. 719–767.

14. Korneeva E.A., Ibrayeva A., van Vuuren A.J., Kurpaska L., Clozel M., Mulewska K., Zdorovets M. Nanoindentation testing of Si3N4 irradiated with swift heavy ions // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – Vol. 555. – P. 153120.

15. Nikitina E.V., Karfidov E.A., Kazakovtseva N.A. Degradation of the Ceramics Based on MgO, Al2O3, or Si3N4 in the LiCl–KCl Melt with (Ce, Nd, U) Cl3 Additives // Russian Metallurgy (Metally). – 2021. – Vol. 2021.2. – P. 224–228.