В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Азамбаева Серіка Болатұлы на тему «Исследование радиационной стойкости xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик – перспективных материалов для инертных матриц ядерного дисперсного топлива» по образовательной программе «8D07140 – Наноматериалы и нанотехнологии».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Ядерной физики, новых материалов и технологий» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
Лежнев Сергей Николаевич – кандидат технических наук, профессор, профессор Высшей школы Металлургии и горного дела, НАО «Рудненский индустриальный университет» (г. Рудный, Республика Казахстан);
Аханова Назым Ерлановна – PhD, и.о. проректора по науке и инновациям, Казахстанско – Британский технический университет (г. Алматы, Республика Казахстан).
Временные члены Диссертационного совета:
Сатбаева Зарина Аскербековна – PhD, Science профессор кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика», НАО «Шәкәрім Университет» (г. Усть-Каменогорск, Республика Казахстан);
Мухамедов Нуржан Еролович – PhD, начальник лаборатории испытаний реакторного топлива филиала «Институт атомной энергии» РГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан» (г. Курчатов, Республика Казахстан);
Мұхаметұлы Бағдәулет – PhD, заместитель директора по научной работе Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка, Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна, Российская Федерация).
Научные консультанты:
Козловский Артем Леонидович – доктор PhD, ассоциированный профессор кафедры ядерной физики, новых материалов и технологий, НАО «Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева» (г. Астана, Республика Казахстан);
Труханов Алексей Валентинович – доктор физико-математических наук, доцент, Академик-секретарь Отделения химии и наук о Земле Национальной академии наук Беларуси (г. Минск, Республика Беларусь).
Защита состоится: 27 июня 2025 года 16:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D071 – Инженерия и инженерное дело» по образовательной программе «8D07140 – Наноматериалы и нанотехнологии» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в смешанном (оффлайн и онлайн) формате.
Ссылка: https://clck.ru/3MAtxt
Адрес: г. Астана, ул. Кажымукана 13, аудитория 309.
Аннотация (рус.): диссертационная работа Азамбаева Серіка Болатұлы «Исследование радиационной стойкости xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик – перспективных материалов для инертных матриц ядерного дисперсного топлива», представленную на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе «8D07140-Наноматериалы и нанотехнологии» Актуальность работы. Расширение возможностей снижения зависимости от углеводородного и ископаемых видов топлива в энергетическом секторе напрямую связано с увеличением доли альтернативных источников в производстве энергии, включая такие источники как источники возобновляемой энергии(солнечная и ветровая генерация), твердооксидные топливные элементы ядерные и в ближайшем будущем термоядерные энергетические установки. При этом ядерная энергетика имеет особую роль среди альтернативных источников энергии, так как является одним из наиболее стабильных и энергоэффективных источников безуглеродного производства энергии, при этом требующая особого внимания, как в процессе эксплуатации, так и последующей утилизации отработанного ядерного топлива. Решением проблем связанных с утилизацией отработанного топлива в виде долгоживущих ядерных отходов рассматривается использование реакторов нового поколения, таких как высокотемпературные ядерные реакторы, реакторы на быстрых нейтронах, реакторы замкнутого цикла, создание которых позволяет повысить эффективность использования ядерного топлива за счет увеличения глубины выгорания, что как следствие, приводит к уменьшению количества ядерных отходов, а также повышению энергопроизводительности за счет более высоких рабочих температур активной зоны. Так, к примеру, высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (ВТГР) позволяют повысить рабочую температуру активной зоны до 800 – 900 °С, что в свою очередь открывает возможности выработки не только электроэнергии, но и обеспечения технологического теплоснабжения, включающего в себя производство водорода или синтетического топлива, что также расширяет вклад альтернативных источников энергии в энергетическом секторе. Создаваемые в данном случае возможности для диверсификации применения ядерной энергии, не только для производства энергии, но и создания топлива для альтернативных источников энергии, включая водородную энергетику, позволяет снизить зависимость от ископаемых источников энергии. В свою очередь, технологические решения в реакторах на быстрых нейтронах (РБН), связанные с возможностью использовать в качестве делящегося ядерного материала плутоний и другие актиноиды, превращая их из долгоживущих ядерных отходов в короткоживущие изотопы, позволяет снизить долю нарабатываемых ядерных отходов, а также необходимости использования ряда технологических решений, связанных с утилизацией и длительным хранением отработанного ядерного топлива. При этом предлагаемые технологические решения, связанные с созданием замкнутого ядерного топливного цикла, направленные на использование возможностей извлечения делящихся материалов для повторного использования открывает большие перспективы для создания ядерных энергетических установок малой мощности и внедрению их повсеместно. Следует отметить, что предлагаемые технологические решения в рамках разрабатываемых международных программ, связанных с поисковыми исследованиями в области создания материалов и технологий для реакторов поколения IV (GenIV), направлены на увеличение доли ядерной энергетике в энергетическом секторе. При этом немаловажную роль в данном направлении уделяют поисковым исследованиям, направленным на повышение безопасности эксплуатации ядерных установок, оптимизации процессов глубины выгорания ядерного топлива, а также поиску новых материалов, способных повысить эффективность использования ядерного топлива при сохранении своих прочностных и теплофизических параметров в экстремальных условиях. Для решения данных проблем предлагается использование новых технологических решений в области создания ядерных топливных элементов, связанных с использованием технологии размещения делящегося ядерного материала в инертной керамической матрице, обладающей высокой устойчивостью к внешним воздействиям, включая механические давления и напряжения, а также способной выдержать и сохранить работоспособность при высоких температурах. Как правило, для создания инертных матриц рассматриваются керамические материалы, обладающие высокими показателями термостойкости, химической инертности, устойчивостью к радиационным повреждениям, вызванным как воздействием нейтронов, так и осколков деления ядерного топлива. Данные показатели керамических материалов в свою очередь должны обеспечить длительный режим эксплуатации топливных элементов в экстремальных условиях эксплуатации, увеличение которого позволит повысить глубину выгорания ядерного топлива, а также снизить концентрацию накопленных ядерных отходов. Следует отметить, что большой интерес к использованию данной технологии проявляется при использовании в качестве делящегося ядерного материала плутония и актиноидов, использование которых позволяет создавать установки замкнутого цикла, при этом материалы, которые используются для удержания делящегося материала должны обладать высокими показателями устойчивости как к длительному термическому воздействию, так и накоплению радиационных повреждений. При этом использование керамических тугоплавких материалов в качестве инертных матриц должно позволить снизить риски деформации и деструктивного растрескивания топливных элементов в случае возникновения нестандартных ситуаций, связанных с резким изменением температур или давлений, а также в случае высокодозного облучения, которое приводит к накоплению продуктов ядерного распада в материалах в виде осколков деления, агломерация которых приводит к образованию газонаполненных областей. В связи с этим, в последние годы большое внимание уделяется поисковым исследованиям, направленным на поиск технологических решений, связанных с изучением перспектив использования в качестве инертных матриц для дисперсного ядерного топлива различных типов керамик на основе тугоплавких оксидов, карбидов или нитридов, а также их различных композитных соединений, использование которых позволит повысить эффективность использования ядерного топлива, уменьшить объемы накопления радиоактивных отходов в ядерном топливном цикле, а также повысить ресурс и надежность эксплуатации ядерных реакторов нового поколения. Одним из ключевых факторов, определяющих перспективность использования композитных керамик в качестве материалов инертных матриц для дисперсного ядерного топлива является их устойчивость к накоплению радиационных повреждений в случае высокодозного облучения, а также к процессам высокотемпературной деградации, характерной для высокотемпературных режимов эксплуатации, характерных для высокотемпературных ядерных реакторов нового поколения. Понимание кинетики структурных изменений, вызванных накоплением точечных и вакансионных дефектов, а также их эволюции в поврежденном слое в процессе облучения является одним из критериев оценки радиационной стабильности материалов в экстремальных условиях. При этом большое внимание в последние годы уделяется изучению поведения структурных изменений, вызванных облучением не только при комнатных температурах, но и при высокотемпературном воздействии, которое как показывает практика приводит к более интенсивной деградации приповерхностного слоя за счет диффузионных эффектов и термического расширения кристаллической структуры, которая приводит к тому, что процессы дестабилизации, наблюдаемые в случае облучения при комнатных температурах, проявляются при более низких флюенсах облучения в случае высокотемпературного облучения. В данном случае термические эффекты, вызванные температурным воздействием могут привести к более ускоренной дестабилизации прочностных свойств керамик, подвергнутых облучению, что в свою очередь может привести к растрескиванию и охрупчиванию приповерхностных слоев, соприкасающихся с делящимся ядерным материалом. Такие процессы, способные привести к дестабилизации всего топливного элемента за счет термических эффектов следует учитывать при определении потенциала использования данных материалов в качестве инертных матриц, в особенности, данный учет необходим для материалов, выступающих в качестве кандидатных материалов, используемых в замкнутом ядерном топливном цикле, при котором невозможна быстрая замена топливных элементов. При этом следует отметить, что расширение перспектив применения композитных керамик в качестве огнеупорных, жаропрочных или радиационно-стойких конструкционных материалов, способных выдерживать экстремальные условия эксплуатации требует детального изучения не только процессов их получения, но и комплексных исследований, направленных на определение влияния фазового состава композитных керамик на сохранение стабильности прочностных и теплофизических параметров. В связи с этим, актуальность представленной диссертационной работы заключается в поиске технологических решений в области создания высокопрочных радиационно – стойких композитных xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик, обладающих высокими показателями сопротивляемости к деструктивным изменениям прочностных свойств в результате накопления радиационных повреждений при высокодозном облучении, а также сохраняющими стабильность прочностных свойств в стрессовых ситуациях, связанных с резким изменением рабочих температур. Предлагаемые технологические решения в области создания xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик позволяют получить высокопрочные керамики с низкой себестоимостью изготовления и возможностью масштабирования технологии изготовления в промышленных масштабах с высокой контролируемостью прочностных и теплофизических параметров. Фундаментальная значимость проведенных исследований заключается в расширении понимания механизмов накопления радиационных повреждений в приповерхностном слое керамик при различных температурах облучения, позволяющих определить роль термических эффектов на изменение скорости повреждения композитных керамик, а также влияние межфазных границ на устойчивость и повышение сопротивляемости к деструктивному изменению прочностных свойств. Цель диссертационного исследования заключается в проведении комплексных исследований, направленных на отработку технологии получения и поиск оптимальных составов композитных xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик, устойчивых к высокодозному облучению тяжелыми ионами Xe23+, сравнимых с осколками деления ядерного топлива. Задачи диссертационного исследования На основе поставленной цели, а также проведенного анализа литературных данных в данной области исследований были сформулированы следующие задачи диссертационного исследования, решение которых позволило получить новые данные, связанные с изучением динамики фазовых трансформаций и их роли в изменении прочностных, оптических и теплофизических параметров, а также определении оптимальных составов, обладающих высокими показателями сопротивляемости к радиационным повреждениям и их накоплению в приповерхностном слое. 1. Отработка режимов получения композитных xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик с применением метода твердофазного синтеза, включающую комплексные исследования взаимосвязи между изменениями соотношения компонент в составе керамик и изменениями структурных, прочностных и оптических свойств керамик. 2. Изучение влияния вариации фазового состава xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик на устойчивость к радиационно – индуцированным процессам разупрочнения приповерхностного поврежденного слоя при облучении тяжелыми ионами Xe23+. 3. Определение влияния вариации температуры облучения на устойчивость к процессам деструкции и разупрочнения приповерхностного поврежденного слоя Al2O3 - Si3N4 керамик при облучении тяжелыми ионами Xe23+. Объекты исследования В качестве объектов диссертационного исследования были выбраны композитные керамики на основе соединений xAl2O3-(1-x)Si3N4 вариация соотношения компонент в которых позволило получить высокопрочные керамики, обладающие высокими показателями устойчивости к радиационным повреждениям, вызванным облучением тяжелыми ионами. Интерес к данному типу керамик обусловлен совокупностью их структурных, прочностных и теплофизических параметров, сочетание которых позволяет получить высокопрочные керамики, обладающие высокой сопротивляемостью к внешним воздействиям, а также инертностью к воздействию агрессивных сред. Данный тип композитных керамик может быть использован в качестве основы для создания инертных матриц дисперсного ядерного топлива, а также может быть рассмотрен как один из классов материалов, используемых в оптоэлектронике, сенсорике, а также в качестве материалов для длительного хранения и утилизации отработанного ядерного топлива. Предмет исследования Предмет диссертационного исследования заключается в определении взаимосвязи между изменениями фазового состава xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик при вариации соотношения компонент и изменениями прочностных, оптических, теплофизических параметров, а также показателей устойчивости керамик к процессам деструктивного разупрочнения при высокодозном облучении тяжелыми ионами, имитирующими воздействие осколков деления ядерного топлива. Методы исследования Синтез керамик осуществлялся с применением метода механохимического твердофазного перемалывания, совмещенного с термическим отжигом образцов, использование которого обуславливает инициализацию процессов фазовых трансформаций, а также структурных изменений, связанных с процессами релаксации и рекристаллизации. Характеризация морфологических особенностей синтезированных керамик была осуществлена с применением метода растровой электронной микроскопии, при обработке полученных снимков были установлены зависимости изменений размеров и формы зерен от фазового состава исследуемых образцов. Определение кинетики изменения структурных особенностей полученных керамик при вариации соотношения компонент было осуществлено с использованием методов рентгеноструктурного анализа и рамановской спектроскопии. Совокупность данных методов позволила установить динамику фазовых изменений в исследуемых образцах в зависимости от соотношения компонент при их вариации. Прочностные характеристики исследуемых керамик определялись с использованием методов индентирования, применяемого для определения твердости приповерхностного слоя, и метода испытаний на прочность при трехточечном изгибе, результатами которого являлось определение показателей устойчивости к растрескиванию при внешних воздействиях. Влияние вариации фазового состава на изменение плотности кислородных вакансий и точечных дефектов, а также их взаимосвязь с изменениями теплопроводящих свойств керамик определялось путем анализа оптических спектров исследуемых образцов, а также вычислением спектров индуцированного поглощения и оптической плотности, величина которой напрямую зависит от концентрации вакансионных дефектов. Определение влияния облучения тяжелыми ионами на изменение структурных и прочностных свойств проводилось с использованием комплексного метода исследований, включающего в себя метод рентгеноструктурного анализа и методов определения прочностных свойств керамик. Научная новизна Полученные зависимости изменения фазового состава xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик при вариации соотношения компонент в составе позволяют получать композитные керамики с определенным набором прочностных, теплофизических и оптических свойств, вариация которых играет определяющую роль в потенциальном применении керамик. Согласно оценке фазовых трансформаций в xAl2O3 - (1-x)Si3N4 керамик при вариации соотношения компонент было установлено, что термический отжиг в кислородосодержащей среде при концентрации Al2O3 равной порядка 0.3 – 0.5 М происходит формирование орторомбической фазы Al2(SiO4)O, увеличение вклада при концентрациях выше 0.5 М которой обуславливает повышение теплопроводности, связанное с концентрационными зависимостями дефектных включений и вакансий. В ходе проведенных испытаний не термостойкость было установлено, что формирование композитных керамик с фазовым составом Si3N4(SiO2)/Al2(SiO4)O/Al2O3 приводит к увеличению стабильности прочностных свойств к термически – индуцированному окислению, оказывающему негативное влияние на устойчивость к разупрочнению и снижению твердости. При этом наличие фазы Al2(SiO4)O в составе керамик обуславливает замедление процессов термического окисления фазы Si3N4 при длительном температурном воздействии. Установлено, что в случае высокодозного облучения наличие мультикомпонентного состава, выражающемуся в наличие более двух фаз приводит к более выраженному сдерживанию эффектов разупрочнения, чем в случае одно- или двухфазных керамик, деградация которых имеет прямую зависимость от вариации весового вклада каждой фазы в составе. Наблюдаемый эффект упрочнения в данном случае объясняется наличием межфазных границ, которое приводит к увеличению сопротивляемости к разупрочнению за счет замедления процессов миграции точечных и вакансионных дефектов в поврежденном слое, наиболее проявленном при высокодозном облучении. Определено влияние температурных факторов на кинетику структурных повреждений при высокодозном облучении тяжелыми ионами Xe23+ с энергией 230 МэВ, позволяющие сделать вывод о негативной роли эффектов термического расширения на скорость структурного разупорядочения и ускорению процессов дестабилизации прочностных свойств керамик при высокотемпературном облучении. Увеличение температуры облучения приводит к ускорению процессов деструкции поврежденного слоя при гораздо меньших флюенсах, чем в случае облучения при температуре 300 К. Основные положения, выносимые на защиту. Установлена динамика фазовых трансформаций Si3N4(SiO2) □(→┴(0.05-0.15 M〖Al〗_2 O_3 ) )Si3N4(SiO2)/(SiAl)(ON) □(→┴(0.20-0.75 M〖Al〗_2 O_3 ) )Si3N4(SiO2)/Al2(SiO4)O/Al2O3□(→┴(0.8-0.95 M〖Al〗_2 O_3 ) )Al2(SiO4)O/Al2O3 в зависимости от изменений концентрации компонент в составе xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик, полученных методом механохимического твердофазного синтеза, отражающая возможности контролируемой вариации фазового состава керамик. Определено, что наибольшими показателями сопротивляемости к радиационно – стимулированным процессам разупрочнения являются 0.6 Al2O3 – 0.4 Si3N4 керамики, в составе которых доминирует фаза Al2(SiO4)O с весовым вкладом более 43 вес. %. При определении влияния температуры облучения на степень структурного разупорядочения и дестабилизации прочностных свойств 0.6 Al2O3 – 0.4 Si3N4 керамик было установлено, что в случае высоких температур облучения (700 – 1000 К) эффекты термического расширения кристаллической структуры приводят к ускорению процессов дестабилизации поврежденного слоя более чем в 1.5 – 2.6 раза в зависимости от температуры облучения. Практическое значение полученных результатов. Предлагаемые технологические решения в области получения композитных xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик с заданным соотношением фаз, варьирование которых осуществляется путем изменения состава компонент в композите, в дальнейшем может быть использовано для масштабирования технологии создания композитных керамик, в виду простоты используемого метода, не требующих больших затрат и низкой себестоимости изготовления конечного продукта в виде керамического порошка или керамических таблеток различной формы, вариация которой осуществляется за счет изменений размеров и типа пресс – формы. При определении теплофизических параметров было установлено, что формирование в составе керамик фазы Al2(SiO4)O, увеличение вклада которой приводит к снижению пористости обуславливает увеличение коэффициента теплопроводности на 10 – 60 % в сравнении с теплопроводностью однокомпонентных Si3N4 и Al2O3 керамик, низкие значения для которых обусловлены высокой пористостью. Результаты оценки изменения прочностных характеристик исследуемых xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик подвергнутых облучению тяжелыми ионами, в совокупности с результатами оценки термостойкости керамик при температурных перепадах, в дальнейшем могут быть использованы для расширения общих представлений о взаимосвязях структурного разупорядочения и дестабилизации прочностных свойств композитных керамик, рассматриваемых в качестве конструкционных материалов, эксплуатирующихся в экстремальных условиях. Полученные результаты оценки влияния температуры облучения, а также связанных с ними эффектов термического расширения, оказывающего негативное влияние на устойчивость приповерхностного слоя керамик к процессам деструктивного разупрочнения в дальнейшем могут быть использованы при проектировании и прогнозировании перспектив использования данного типа керамик в качестве конструкционных материалов в ядерной энергетике, включая возможности использования их в качестве материалов инертных матриц дисперсного ядерного топлива, а также в качестве материалов для хранения отработанного ядерного топлива. Достоверность полученных результатов. Экспериментальные работы, связанные с отработкой технологических режимов получения композитных керамик с заданным фазовым составом проводились в несколько параллелей, что позволило исключить артефактные эффекты, связанные с неточностями при навеске, человеческими факторами и т.д. Для всех измеряемых величин структурных параметров, прочностных и теплофизических характеристик были определены величины стандартного отклонения и погрешности измерений. Все экспериментальные работы, связанные с характеризацией исследуемых объектов были выполнены на сертифицированном оборудовании, расшифровка и интерпретация полученных данных осуществлялась с использованием лицензированного программного обеспечения. Личный вклад соискателя. Личный вклад соискателя при выполнении диссертационного исследования заключался в непосредственном участии и проведении экспериментальных работ, связанных с отработкой режимов получения композитных керамик с применением метода механохимического твердофазного синтеза, анализе и интерпретации полученных результатов с целью установления взаимосвязи между вариацией соотношения компонент и изменениями прочностных, теплофизических и оптических параметров, определении роли влияния температурных факторов на изменение скорости накопления радиационных повреждений и дестабилизации прочностных характеристик поврежденного слоя. Эксперименты были выполнены на базе Лаборатории инженерного профиля Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева и Лаборатории физики твердого тела Астанинского филиала Института ядерной физики МЭ РК. В ходе подготовки диссертационной работы, общем анализе полученных результатов и их интерпретации соискатель активно сотрудничал с научными консультантами PhD Козловским А.Л. и д.ф.-м.н., доцентом Трухановым А.В. (ГО "НПЦ НАН Беларуси по материаловедению" (Минск, Беларусь). Связь работы с научно – исследовательскими проектами, программами. Основные экспериментальные работы, связанные с отработкой режимов получения композитных керамик, рассматриваемых как один из перспективных материалов для ядерной энергетики были выполнены в рамках грантового финансирования при поддержке МНВО РК AP14871176 «Разработка технологии получения композитных керамик на основе оксидов и нитридов для альтернативной энергетики и новых классов конструкционных материалов» (срок реализации 2022 – 2024 гг.). Работы, связанные с изучением радиационной стойкости композитных керамик были проведены в рамках выполнения поставленных целей и задач одного из подразделов программно – целевого финансирования при поддержке МНВО РК BR21882237 «Разработка и исследование перспективных композитных материалов для энергетики и топливного цикла» (срок реализации 2023 – 2025 гг.). Апробация работы. Результаты диссертационного исследования прошли апробацию на следующих международных и республиканских конференция, где были представлены в виде научных докладов перед научной общественностью: 1. V Международный научный форум «Ядерная наука и технологии», Алматы, Казахстан, 2024 г. 2. International Scientific Research Forum in honor of 90th anniversary of Al-Farabi Kazakh National University, Алматы, Казахстан, 2024 г. 3. XI Международная научно-практическая конференция «Развитие урановой и редкоземельной промышленности», Алматы, Казахстан, 2024 г. Публикации. Результаты диссертационного исследования были опубликованы в 4 научных статьях, две из которых опубликованы в журналах, имеющих индексацию в базах данных Scopus, WebofScience, и две стать опубликованы в журналах входящих в перечень изданий, рекомендованных КОКСНВО МНВО РК. Также по результатам участия в международных конференциях было опубликовано 3 тезиса в сборниках докладов научных конференций. Ниже приведен перечень опубликованных работ в рамках диссертационного исследования. Во всех представленных работах вклад соискателя заключался в подготовке и интерпретации полученных данных, их общему анализу, а также формулированию основных выводов, связанных с наблюдаемыми эффектами. 1. Borgekov, D. B., Zhumazhanova, A. T., Kaliyekperova, K. B., Azambayev, S. B.,Kozlovskiy, A. L., Konuhova, M., Shlimas, D. I. The effect of oxygen vacancies on the optical and thermophysical properties of (1-x) Si3N4–xAl2O3 ceramics //Optical Materials. – 2024. – Vol. 157. – P. 116056. (Процентиль – 74 %, CiteScore – 6.6) 2. Borgekov, D. B., Azambayev, S. B.,Kozlovskiy, A. L., &Shlimas, D. I. Effect of Phase Composition Variation of Oxy–Nitride Composite Ceramics on Heat Resistance and Preservation of Strength Parameters //Crystals. – 2024. – Vol. 14, №. 8. – P. 744. (Процентиль – 60 %, CiteScore – 4.2) 3. Козловский А. Л., Азамбаев С. Б., Абшукирова А. М. Изучение влияния вариации фазового состава композитных керамик на устойчивость к радиационным повреждениям //Вестник НЯЦ РК. – 2024. – №. 4. – С. 164-173. 4. Козловский А.Л., Азамбаев С.Б., Кенжина М.Е., Толенова А.У. Исследования влияния температурных факторов на скорость накопления структурных повреждений в композитных керамиках. //Вестник НЯЦ РК. – 2025. - №1. – С.121-131. Структура и объем работы. Структура диссертационной работы включает в себя Введение, четыре основные главы, в которых представлено описание основных экспериментальных работ, Заключения, приложения и списка использованных источников. Диссертационная работа представлена на 101 печатных листах, включает в себя 40 рисунков, 2 таблиц, 1 приложение, и 145 литературных источника. Во Введении кратко сформулирована актуальность и новизна диссертационного исследования, отражена цель и задачи, положения, выносимые на защиту, научная и практическая значимость работы, а также ее апробация и взаимосвязь с реализуемыми грантами и программами. В Первой главе представлен краткий обзор последних достижений в области перспектив использования композитных керамических материалов в качестве основы для создания инертных матриц дисперсного ядерного топлива, а также использования тяжелых ионов для симуляции процессов радиационных повреждений приповерхностного слоя керамических материалов, сравнимых с воздействием осколков деления ядерного топлива. Во Второй главе диссертационного исследования представлено детализированное описание используемых методов получения исследуемых керамик, а также характеризации полученных образцов, использование которых позволило установить взаимосвязь между изменениями структурных параметров, фазового состава керамик, а также прочностными, теплофизическими и оптическими свойствами. Также в данной главе приведены результаты моделирования и детального описания экспериментов, связанных с имитацией воздействия осколков деления ядерного топлива в виде тяжелых ионов Xe23+ с различным флюенсом облучения, изменение которого определяет степень повреждений в приповерхностном слое керамик. В Третьей главе представлены результаты исследований, связанных с отработкой режимов получения композитных xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик при вариации соотношения компонент, изменение которого позволило получить серию образцов с различным фазовым составом, и как следствие различными морфологическими, структурными, оптическими, прочностными и теплофизическими параметрами. В ходе проведенных исследований были определены основные взаимосвязи между вариацией соотношения компонент и эффектами упрочнения и повышения стабильности композитных xAl2O3-(1-x)Si3N4 керамик, связанные с формированием эффектов дислокационного упрочнения, а также вариацией фазового состава, определяющей наличие межфазных границ в составе керамик. Установленные зависимости изменений прочностных и теплофизических свойств керамик в дальнейшем были использованы для определения оптимальных составов керамик, обладающих высокими показателями устойчивости к внешним термическим воздействиям, а также накоплению радиационных повреждений в приповерхностном слое керамик. Четвертая глава посвящена отражению экспериментальных работ, связанных с моделированием процессов накопления радиационно-стимулированных повреждений в приповерхностном слое композитных керамик, вызванных облучением тяжелыми ионами Хе23+ с энергией 230 МэВ, имитирующих воздействие осколков деления ядерного топлива. В результате проведенных экспериментов установлена динамика изменений прочностных параметров в зависимости от флюенса облучения тяжелыми ионами, а также выявлена роль фазового состава керамик, и как следствие, связанных с его изменениями структурных особенностей, на сопротивляемость к радиационно-стимулированной дестабилизации прочностных свойств при высокодозном облучении. На основе проведенных исследований были определены оптимальные концентрации компонент в составе композитных керамик, использование которых позволяет получить высокопрочные керамики, обладающие высокими показателями устойчивости к радиационным повреждениям. Определена роль термических эффектов на изменение скорости деструкции и дестабилизации прочностных свойств приповерхностного слоя, связанного с деформационным распуханием и частичной аморфизацией (накоплением метастабильных сильно разупорядоченных включений) приповерхностного слоя. Установлена взаимосвязь между структурными изменениями, вызванными термическим расширением и изменениями амплитуды тепловых колебаний и скоростью деструктивного разупрочнения приповерхностного слоя керамик. В Заключении подведены основные итоги и выводы проведенных исследований, сформулированы основные полученные результаты, основанные на результатах экспериментальных работ.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=Ds9AXvI1-dE
