ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОННОЙ МОДИФИКАЦИИ НА ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ xZnO - (1-x)TiO2 КЕРАМИК

В работе представлены результаты оценки влияния ионной модификации приповерхностных слоев композитных керамик на основе титанатов на изменение устойчивости к внешним механическим воздействиям. В качестве основного метода модификации композитных керамик был выбран метод облучения ионами О⁺ с энергией порядка 28 МэВ, флюенсы облучения были выбраны в диапазоне от 10¹¹ до 10¹⁴ ион/см². Согласно полученным данным, изменение соотношение компонент при смешивании приводит к формированию двухфазных керамик, в составе которых основной фазой является ZnTiO₃, а также присутствуют примеси в виде ZnO и TiO₂ в зависимости от весовых вкладов исходных компонент. Определено, что изменение фазового состава, связанное с увеличением фазы ZnTiO₃ в составе приводит к увеличению твердости и устойчивости к растрескиванию, что обусловлено совокупностью изменений фазового состава и размерных эффектов. В ходе экспериментов, связанных с ионной модификацией исследуемых xZnO - (1-x)TiO₂ керамик установлено, что при флюенсах облучения 10¹¹–5·10¹² ион/см² наблюдается формирование эффекта упрочнения приповерхностного слоя, обусловленного воздействием ионов на кристаллическую структуру, и связанных с ними эффектами дислокационного упрочнения. При флюенсах выше 5·10¹² ион/см² наблюдается снижение степени упрочнения керамик, связанное с увеличением плотности структурных дефектов, их агломерации и последующей дестабилизации приповерхностного слоя, снижающего сопротивляемость к внешним воздействиям, в том числе и механическому давлению, приводящему к трещинообразованию.

1. Min J. [et al.] The effect of carbon dioxide emissions on the building energy efficiency // Fuel. – 2022. – Vol. 326. – P. 124842.

2. Holechek J. L. [et al.] A global assessment: can renewable energy replace fossil fuels by 2050? // Sustainability. – 2022. – Vol. 14, No. 8. – P. 4792.

3. Singhal S. C. Solid oxide fuel cells for power generation // Wiley Interdisciplinary Reviews: Energy and Environment. – 2014. – Vol. 3, No. 2. – P. 179–194.

4. Talukdar A. [et al.] A review on solid oxide fuel cell technology: An efficient energy conversion system // International Journal of Energy Research. – 2024. – Vol. 2024, No. 1. – P. 6443247.

5. Spreafico C. Additive manufacturing of solid oxide fuel cells. A comprehensive review of patent literature // Journal of Power Sources. – 2025. – Vol. 625. – P. 235702.

6. Rehman J. [et al.] A review of proton-conducting electrolytes for efficient low-temperature solid oxide fuel cells: Progress, challenges, and perspectives // Energy & Fuels. – 2024. – Vol. 38, No. 23. – P. 22637–22665.

7. Brahma A., Skabelund B. B., Milcarek R. J. Performance of a solid oxide fuel cell fueled by the exhaust gases of a diesel engine operating fuel-rich // Sustainable Energy Technologies and Assessments. – 2024. – Vol. 71. – P 103991.

8. Lyu Z. [et al.] Co‐Generation of Electricity and Chemicals From Methane Using Direct Internal Reforming Solid Oxide Fuel Cells // Advanced Energy Materials. – 2025. – Vol. 15, No. 10. – P. 2403869.

9. Nikiforakis I., Mamalis S., Assanis D. Understanding solid oxide fuel cell hybridization: a critical review // Applied Energy. – 2025. – Vol. 377. – P. 124277.

10. Yang Y. [et al.] Recent development in reversible solid oxide fuel cells: Theory, integration and prospective // ChemElectroChem. – 2024. – Vol. 11, No. 6. – P. e202300593.

11. Huang H. [et al.] Review and outlook on the utilization of low-concentration coalbed methane for power generation by solid oxide fuel cells // Energy & Fuels. – 2024. – Vol. 38, No. 3. – P. 1618–1632.

12. Li J. [et al.] Advancements in solid oxide fuel cell technology: bridging performance gaps for enhanced environmental sustainability // Advanced Energy and Sustainability Research. – 2024. – Vol. 5, No. 11. – P. 2400132.

13. Zhang Z. [et al.] Review of the application of metal-supported solid oxide fuel cell in the transportation field // Automotive Innovation. – 2025. – P. 1-29.

14. Sun L. [et al.] Recent progress of interface modification of layered oxide cathode material for sodium‐ion batteries // Electron. – 2024. – Vol. 2, No. 2. – P. e31.

15. Chaudhary N., Sharma A. Materials modifications by radiation technology // Handbook on Radiation Environment, Volume 1: Sources, Applications and Policies. – Singapore: Springer Nature Singapore, 2024. – P. 265– 294.

16. Gautam S., Ghanty T. K. Radiation processing as a sustainable and green technology to ensure food security, safety and promote international trade // Atomic Energy in India: Achievements since Independence, Homi Bhabha National Institute, Mumbai. – 2022. – P. 211–217.

17. Bueno P. R. [et al.] Role of oxygen at the grain boundary of metal oxide varistors: A potential barrier formation mechanism // Applied Physics Letters. – 2001. – Vol. 79, No. 1. – P. 48–50.

18. Tuller H. L., Bishop S. R. Point defects in oxides: tailoring materials through defect engineering // Annual Review of Materials Research. – 2011. – Vol. 41, No. 1. – P. 369– 398.

19. Li N., Nastasi M., Misra A. Defect structures and hardening mechanisms in high dose helium ion implanted Cu and Cu/Nb multilayer thin films // International Journal of Plasticity. – 2012. – Vol. 32. – P. 1–16.

20. Hofmann F. [et al.] 3D lattice distortions and defect structures in ion-implanted nano-crystals // Scientific reports. – 2017. – Vol. 7, No. 1. – P. 45993.