НИТРИДТІ КЕРАМИКАНЫҢ ФАЗАЛЫҚ ҚҰРАМЫ МЕН ҚҰРЫЛЫМДЫҚ ПАРАМЕТРЛЕРІНІҢ ТЕРМИЯЛЫҚ ӘСЕРГЕ ТҰРАҚТЫЛЫҒЫН ЗЕРТТЕУ

Рентгендік дифрактограммаларды өлшеудің in-situ әдісін қолдана отырып, фазалық құрамның тұрақтылығы, сондай-ақ Si₃N₄ керамикасының құрылымдық параметрлері 25-тен 1400 ℃-қа дейінгі кең температуралық диапазонда зерттелді, бұл керамиканы экстремалды жағдайларда пайдалану кезінде жұмыс температурасының диапазонын қамтиды. Бұл зерттеудің негізгі мақсаты термиялық әсерлер нәтижесінде Si3N4 керамикасындағы фазалық және құрылымдық өзгерістерді анықтау, сондай-ақ термиялық кеңеюге байланысты керамиканың құрылымдық ерекшеліктеріне термиялық әсердің рөлін анықтау болып табылады. Жүргізілген тәжірибелер барысында вакуумдағы үлгілерді термиялық қыздыру SiO2 оксид фазасының түзілуімен бірге жүретін ауадағы керамиканың Si3N4 термиялық өңдеуіне тән тотығу процестерінің инициализациясына әкелмейтіні анықталды. Сонымен қатар, керамика құрамындағы белгіленген фазалардың салмақтық үлестерін бағалау күйдіру температурасының барлық өлшенген диапазонында фазалық арақатынаста маңызды өзгерістердің жоқтығын көрсетті. Si₃N₄ керамикасының құрамындағы екі фазаның кристалдық торы көлемінің өзгеруіне сүйене отырып, әсер ету температурасына байланысты жылу көлемінің кеңею коэффициентінің шамасы анықталды. β_V(T) коэффициентінің орташа шамасы құрамда белгіленген екі фаза үшін де шамамен 8,5–10·10⁻⁶ K⁻¹ болатындығы анықталды, ал α-Si₃N₄ фаза жағдайында β_V(T) шамасының өзгеруі қыздыру температурасына айқын тәуелділікке ие. 

1. Lee W. E. et al. Opportunities for advanced ceramics and composites in the nuclear sector //Journal of the American Ceramic Society. – 2013. – Vol. 96, №. 7. – P. 2005-2030.

2. Sadiq I., Asim Ali S., Ahmad T. Advanced Hybrid Ceramics for Nuclear and Hydrogen Energy Applications //ChemistrySelect. – 2023. – Vol. 8, №. 27. – P. e202300837.

3. Sauder C. Ceramic matrix composites: nuclear applications //Ceramic matrix composites: materials, modeling and technology. – 2014. – P. 609-646.

4. Lee W. E. et al. Opportunities for advanced ceramics and composites in the nuclear sector //Journal of the American Ceramic Society. – 2013. – Vol. 96, №. 7. – P. 2005-2030.

5. Evarts J. S. et al. Ceramic–Metal (Cermet) Composites: A Review of Key Properties and Synthesis Methods Focused on Nuclear Waste Immobilization //Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2024. – Vol. 63, №. 14. – P. 6003-6023.

6. Youinou G. J., Abou-Jaoudé A. Preliminary Conceptual Design of Nuclear Thermal Rocket Reactor Cores Using Ceramic Fuels with Beryllium or Composite Neutron Moderators //Nuclear Science and Engineering. – 2024. – Vol. 198, №. 8. – P. 1534-1565.

7. Kočí J. et al. Effect of long-term high-temperature exposure in a controlled atmosphere on mullite-corundum ceramics for advanced applications in nuclear power technology //Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, №. 13. – P. 24273-24280.

8. Ojovan M. I., Yudintsev S. V. Glass, ceramic, and glass-crystalline matrices for HLW immobilisation //Open Ceramics. – 2023. – Vol. 14. – P. 100355.

9. Zhou X. et al. Fabrication of beryllium oxide based fully ceramic microencapsulated nuclear fuels with dispersed TRISO particles by pressureless sintering method //Journal of Nuclear Materials. – 2024. – Vol. 588. – P. 154798.

10. Bocanegra-Bernal M. H., Matovic B. Mechanical properties of silicon nitride-based ceramics and its use in structural applications at high temperatures //Materials Science and Engineering: A. – 2010. – Vol. 527, №. 6. – P. 1314-1338.

11. Komeya K. Materials development and wear applications of Si3N4 ceramics //Improved Ceramics through New Measurements, Processing, and Standards. – 2006. – Vol. 133. – P. 3-16.

12. Carrapichano J. M., Gomes J. R., Silva R. F. Tribological behaviour of Si3N4–BN ceramic materials for dry sliding applications //Wear. – 2002. – Vol. 253, №. 9-10. – P. 1070-1076.

13. Van Vuuren A. J. et al. Microstructural effects of Al doping on Si3N4 irradiated with swift heavy ions //Acta Phys. Pol. A. – 2019. – Vol. 136. – P. 241-244.

14. Canut B. et al. Ion-induced tracks in amorphous Si3N4 films //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2008. – Vol. 266, №. 12-13. – P. 2819-2823.

15. Zak A. K. et al. X-ray analysis of ZnO nanoparticles by Williamson–Hall and size–strain plot methods //Solid State Sciences. – 2011. – Vol. 13, №. 1. – P. 251-256.

16. Nath D., Singh F., Das R. X-ray diffraction analysis by Williamson-Hall, Halder-Wagner and size-strain plot methods of CdSe nanoparticles-a comparative study //Materials Chemistry and Physics. – 2020. – Vol. 239. – P. 122021.

17. Zhumazhanova A. et al. Raman study of polycrystalline Si3N4 irradiated with swift heavy ions //Crystals. – 2021. – Vol. 11, №. 11. – P. 1313.

18. van Vuuren A. J. et al. Analysis of the microstructural evolution of silicon nitride irradiated with swift Xe ions //Ceramics International. – 2020. – Vol. 46, №. 6. – P. 7155-7160.