В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Кабиева Мусы Булатулы на тему «Изучение влияния допирования стабилизирующими оксидами (MgO, Y2O3) на радиационную стойкость Nd2Zr2O7 керамик» по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Ядерной физики, новых материалов и технологий» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
- Панин Евгений Александрович – PhD, ассоциированный профессор, НАО «Карагандинский индустриальный университет», кафедра «Обработка металлов давлением», (г. Караганда, Республика Казахстан);
- Мухамедов Нуржан Еролович – PhD, РГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан», начальник лаборатории испытаний реакторного топлива филиала «Институт атомной энергии» РГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан», (г. Курчатов, Республика Казахстан).
Временные члены Диссертационного совета:
- Мұхаметұлы Бағдәулет – PhD, Объединенный институт ядерных исследований, заместитель директора по научной работе Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка, (г. Дубна, Российская Федерация);
- Таткеева Галина Галимзяновна – д.т.н., Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, заведующая кафедрой «Электроснабжение», (г. Астана, Республика Казахстан);
- Алмасов Нурлан Жумабекович – PhD, Astana IT University, (г. Астана, Республика Казахстан).
Научные консультанты:
- Кабдрахимова Гаухар Даниловна – PhD, и.о. доцента Международной кафедры ядерной физики, новых материалов и технологий Института физико-технических наук Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева, (г. Астана, Республика Казахстан);
- Козловский Артем Леонидович – PhD, ассоциированный профессор, преподаватель-исследователь Международной кафедры ядерной физики, новых материалов и технологий Института физико-технических наук Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева, (г. Астана, Республика Казахстан);
- Углов Владимир Васильевич – д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой физики твердого тела и нанотехнологий Физического факультета Белорусского государственного университета, (г. Минск, Республика Беларусь).
Защита состоится: 5 сентября 2025 года 12:00 часов в смешанном формате в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Онлайн трансляция будет производиться на платформе Microsoft Teams.
Ссылка: https://clck.ru/3MnvBn
Адрес: г. Астана, ул. Сатпаева 2, аудитория 302.
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Кабиева Мусы Булатулы «Изучение влияния допирования стабилизирующими оксидами (MgO, Y2O3) на радиационную стойкость Nd2Zr2O7 керамик», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе 8D05305 – «Ядерная физика» Увеличение энергопотребления в виду увеличения потребностей населения, а также снижение запасов ископаемых энергоносителей требует поиска новых решений в области производства энергии, включая расширение доли альтернативных источников энергии в энергетическом секторе. При этом развитие альтернативных источников энергии неразрывно связано с увеличением доли ядерной и термоядерной энергетики в энергетическом секторе, которые являются одними из наиболее перспективным и энергоемких производств энергии по сравнению с другими видами альтернативных источников энергии, включая возобновляемые источники энергии, а также водородную энергетику. Большую роль в расширении перспектив использования ядерной энергетики в энергетическом секторе играет переход на новые типы ядерных реакторов – высокотемпературных реакторов, реакторов на быстрых нейтронах, компактных маломощных реакторов. В основе принципов создания реакторов нового поколения лежат технологические решения, связанные с увеличением температуры активной зоны, использованием в качестве ядерного топлива отработавшего ядерного топлива, а также переход от классических твэлов к дисперсному ядерному топливу или MOX-топливу (Mixed-Oxide fuel). Применение данных технологических решений позволяет увеличить производительность ядерных реакторов, а также снизить количество производимых ядерных отходов за счет большей глубины выгорания топлива, а также использовании плутония, при выгорании которого накопление ядерных отходов значительно меньше, чем при использовании классического уранового топлива. Конценции развития ядерных реакторов в данном случае требуют технологических решений, связанных с поиском новых материалов, обладающих повышенной устойчивостью к радиационным повреждениям, а также способных выдерживать воздействия высоких температур и эксплуатации в экстремальных условиях. Расширение возможностей применения новых материалов в ядерной энергетике для устранения проблем, связанных с необходимостью повышения КПД выгорания ядерного топлива, а также возможностью увеличения температуры активной зоны неразрывно связано с поиском решений в области синтеза керамических материалов, а также их стабилизации за счет различных допантов. При этом большое внимание в данном направлении уделяется керамическим материалам на основе простых оксидов (BeO, ZrO2, Al2O3), нитридов (BeO, ZrO2, Al2O3), карбидов (SiC, TaC, WC), а также сложных оксидов (цирконаты, алюминиево-магниевые шпинели) или композитных соединений, включающих в себя как оксиды, так и нитриды с карбидами. При этом среди разнообразия керамик можно выделить цирконаты (La2Zr2O7, Ce2Zr2O7, Nd2Zr2O7, Sm2Zr2O7), использование которых в качестве конструкционных материалов обусловлено их уникальными прочностными характеристиками и теплофизическими параметрами, а также устойчивость к различным агрессивным средам и процессам высокотемпературной деградации. При этом в отличие от керамик на основе диоксида циркония (ZrO2), в цирконатах, содержащих редкоземельные элементы, отсутствуют фазовые полиморфные превращения при термическом воздействии (в случае эксплуатации при высоких температурах), характерные для диоксида циркония. По своим прочностным и теплофизическим показателям керамики на основе цирконатов рассматриваются как один из типов альтернативных материалов для YSZ керамик (керамик на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия). Высокие показатели радиационной стойкости керамик на основе цирконатов, а также совокупность их прочностных и теплофизических параметров, открывают перспективы при использовании их в качестве материалов для создания контейнеров для длительного хранения радиоактивных отходов, а также в качестве материалов инертных матриц дисперсного ядерного топлива, направленного на повышение степени выгорания делящегося ядерного материала при его эксплуатации. При этом одним из ключевых параметров использования керамик в качестве материалов инертных матриц дисперсного ядерного топлива является устойчивость к длительному радиационному воздействию, в особенности к осколкам деления ядерного топлива, накопление которых происходит в приповерхностном слое керамик при контакте с делящимся ядерным материалом, который окружен инертной матрицей. В данном случае подобная конфигурация размещения делящегося материала в инертной матрице подразумевает прямое воздействие продуктов ядерных реакций на соприкасающуюся инертную матрицу, что влечет к структурным изменениям приповерхностного слоя, а глубина повреждений характеризуется не только энергетическими параметрами осколков деления, но и процессами диффузии структурных и вакансионных дефектов в поврежденном слое, возникающих при высокодозном облучении. Проблема накопления структурных повреждений, а также их эволюции, сопровождающейся инициализацией формирования структурно-разупорядоченных включений, деформационно-искаженных областей, находящихся в метастабильном состоянии, является одной из ключевых проблем для ядерных конструкционных материалов, для которых показатели радиационной стойкости являются одними из ключевых критериев, определяющих возможности их эксплуатации в экстремальных условиях (высоких температурах и больших дозовых нагрузках). При этом для керамик, в отличие от металлов и сплавов, необходимо учитывать не только структурные изменения, вызванные деформационными искажениями и структурными дефектами, но и процессы ионизации, а также связанные с ними изменения распределения электронной плотности, которые в силу диэлектрической природы большинства керамик, рассматриваемых в качестве инертных матриц, приводит к возникновению эффектов анизотропного распределения электронной плотности, и как следствие, возникновению в структуре поврежденного слоя метастабильных включений, накопление которых может привести к более выраженной дестабилизации структуры поврежденного слоя и ускорению процессов разупрочнения и деструкции. Для решения данной проблемы, а также увеличения устойчивости керамик к внешним воздействиям, используют стабилизирующие добавки, которые выступают в роли упрочняющих факторов, влияющих на увеличение устойчивости керамик к внешним воздействиям. В большинстве случаев эффекты упрочнения при добавлении стабилизирующих добавок обусловлены формированием буферных слоев в межзеренном пространстве или мелкодисперсных частиц, заполняющих пустоты между зернами, что приводит к созданию дополнительных барьеров на пути распространения микротрещин при внешних воздействиях, а также сдерживанию миграции дислокаций вблизи границ зерен, что способствуют снижению скорости их миграции, и как следствие, увеличению сопротивляемости керамик к эффектам разупрочнения, вызванных внешними воздействиями, включая облучение и накопления структурных искажений, вызванных облучением. При этом использование керамических материалов в качестве инертных матриц дисперсного ядерного топлива требует не только определения их радиационной стойкости по отношению к воздействию осколков деления, но и определения условий при которых происходят данные воздействия, связанные, как правило, с режимами эксплуатации при повышенных температурах. Как известно, увеличение температуры облучения приводит к ускорению процессов структурных искажений, обусловленному термическому расширению кристаллической структуры, а также ускорению диффузии точечных и вакансионных дефектов, которое при большой их концентрации приводит к агломерации их в пустотах, и как следствие, более выраженным процессам деформационного распухания, которое может сопровождаться процессами образования газонаполненных включений, детонационное разрушение которых при перенасыщении может привести к дестабилизации приповерхностного слоя, и как следствие, его частичному разрушению. В этой связи, при рассмотрении керамических материалов в качестве инертных матриц для дисперсного ядерного топлива необходимо учитывать не только механизмы деградации при высокодозном облучении, но и эффекты термического воздействия в процессе облучения, результатом которых может являться ускорение процессов деструкции поврежденного слоя и более выраженным процессам разупрочнения, сопровождающимся снижением прочностных характеристик и теплофизических параметров. Новизна диссертационного исследования заключается в получении новых данных о влиянии стабилизирующих добавок на повышение сопротивляемости к радиационно-индуцированным процессам разупрочнения, а также сдерживания диффузионных механизмов разупрочнения, возникающих в результате миграции структурных и вакансионных дефектов в поврежденном слое при высокотемпературном облучении. Актуальность диссертационного исследования заключается в определении перспективности использования стабилизирующих добавок в виде MgO и Y2O3 на повышение устойчивости Nd2Zr2O7 керамик к накоплению радиационных повреждений в приповерхностном слое, а также определению влияния эффектов межфазных границ, вызванных включениями стабилизирующих добавок на увеличение прочностных и теплофизических параметров керамик, играющих весьма важную роль в определении их потенциала применения в качестве материалов для альтернативной энергетики. Цель диссертационного исследования заключается в определении влияния добавления стабилизирующих добавок в виде MgO и Y2O3 на устойчивость к процессам радиационно-индуцированного разупорядочения Nd2Zr2O7 керамик, возникающих при облучении тяжелыми ионами, сравнимыми с осколками деления ядерного топлива. Задачи диссертационного исследования На основании поставленной цели были сформулированы следующие задачи диссертационного исследования, решение которых позволило получить новые данные о процессах фазообразования керамик на основе цирконата неодима, а также влияния стабилизирующих добавок на повышение устойчивости к радиационно-индуцированным процессам структурных искажений и разупрочнению: 1. Отработка режимов получения Nd2Zr2O7 керамик с применением метода механоактивации с целью определения оптимальных условий получения Nd2Zr2O7 керамик, а также установлению динамики фазовых превращений в зависимости от температуры отжига. 2. Установление взаимосвязи между изменениями концентрации стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 и эффектами повышения механических и теплофизических параметров Nd2Zr2O7 керамик. 3. Проведение экспериментов, направленных на выявление закономерностей изменения структурных, механических и теплофизических параметров Nd2Zr2O7 керамик, а также влияние стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 на устойчивость к высокотемпературному облучению тяжелыми ионами Xe+, сравнимыми с осколками деления ядерного топлива. Объекты исследования В качестве объекта исследований выбраны Nd2Zr2O7 керамики, стабилизированные MgO и Y2O3, полученные с применением метода механоактивации, совмещенной с термическим отжигом, используемым для инициализации процессов фазовых превращений и структурного упорядочения. Выбор Nd2Zr2O7 керамик в качестве объектов исследования обусловлен возможностями использования их в качестве материалов инертных матриц дисперсного ядерного топлива, а также материалов топливных элементов, используемых в альтернативной энергетике. Предмет исследования Предмет диссертационного исследования заключается в определении механизмов упрочнения Nd2Zr2O7 керамик за счет стабилизирующих добавок в виде MgO и Y2O3, а также их влияния на процессы формирования эффектов дисперсионного упрочнения, обусловленного формированием в структуре керамик примесных включений, наличие которых определяет повышение устойчивости к радиационно-индуцированным процессам разупорядочения при облучении тяжелыми ионами, сравнимыми с воздействием осколков деления ядерного топлива. Методы исследования В качестве метода синтеза образцов Nd2Zr2O7 керамик был использован метод механоактивации, который применялся для смешивания оксидных компонент Nd2O3 и ZrO2 с целью получения однородной смеси, которая подвергалась термическому отжигу, использование которого было обусловлено необходимостью инициализации процессов фазовых трансформаций, которые приводят к формированию Nd2Zr2O7 фазы. Стабилизация Nd2Zr2O7 керамик допантами в виде оксидов MgO и Y2O3 также осуществлялась с применением метода механоактивации, совмещенным с термическим отжигом образцов при заданных условиях с целью формирования структурно-упорядоченных керамик. Характеризация морфологических особенностей была проведена с применением метода растровой электронной микроскопии, на основе полученных снимков были сделаны выводы о влиянии условий спекания и вариации концентрации допантов на изменение размеров и формы зерен, а также плотности их упаковки. Определение фазовых трансформаций, а также изменения структурных параметров в зависимости от условий термического отжига, изменений концентрации стабилизирующих добавок при синтезе керамик, а также в результате внешних воздействий, связанных с облучением, было осуществлено с применением методов рентгеновской дифракции и рамановской спектроскопии. Использование совокупности данных методов позволило определить кинетику фазовых трансформаций, а также влияния стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 на устойчивость керамик к радиационным повреждениям и их накоплению в случае изменения флюенса облучения. Определение влияния вариации условий синтеза на оптические свойства, в частности, с целью определения устойчивости поглощающих центров, а также определения концентрации кислородных вакансий в структуре керамик было осуществлено с применением метода УФ-спектроскопии, путем получения и последующего анализа спектров пропускания и поглощения. Определение механических свойств керамик проводилось с применением методов индентирования и однократного сжатия. Метод индентирования использовался для определения твердости по Виккерсу, а метод однократного сжатия использовался для установления взаимосвязи между фазовым составом керамик и устойчивостью к растрескиванию при изменении внешней нагрузки на образец. Устойчивость керамик к процессам термошоков, возникающих при быстром нагреве образцов и последующего остывания, была определена путем моделирования процессов термостресса в образцах с последующим определением изменения механических свойств керамик. Определение теплофизических свойств керамик было осуществлено с применением метода продольного стационарного теплового потока, в основе которого лежит оценка изменения температур образца при его нагреве с одной стороны и определении коэффициента теплопроводности. Научная новизна Определена кинетика фазовых трансформаций в двухкомпонентной системе Nd2O3-ZrO2, подвергнутой механоактивации с целью получения однородного по составу порошка в зависимости от температуры термического отжига, что позволило определить температурные режимы получения однофазных Nd2Zr2O7 керамик, а также определить температурные режимы при которых происходит инициализация процессов полиморфных трансформаций с выделением примесной кубической фазы Zr(Nd)O2. В ходе проведенных экспериментов, связанных с изучением влияния стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 на изменение прочностных и теплофизических параметров, установлены взаимосвязи между концентрацией допантов и изменениями твердости, устойчивости к растрескиванию и коэффициентом теплопроводности, а также определены механизмы упрочнения, обусловленные эффектами дисперсного упрочнения за счет формирования примесных включений в виде зерен, располагающихся в межзереннном пространстве и препятствующим распространению микротрещин при внешних воздействиях. Получены результаты кинетики деградации поврежденного приповерхностного слоя Nd2Zr2O7 керамик при высокотемпературном облучении тяжелыми ионами Xe+, а также определено влияние стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 на увеличение устойчивости сопротивляемости к процессам радиационно-стимулированного разупрочнения, а также сдерживания диффузионных механизмов миграции структурных дефектов и вакансий вглубь поврежденного слоя. Основные положения, выносимые на защиту 1. Определен температурный диапазон 1100-1250°С формирования структурно-упорядоченных керамик с кубической фазой Nd2Zr2O7, обладающих высокими показателями твердости 550-570 HV и коэффициентом теплопроводности порядка 2.1-2.2 Вт/м×К. 2. Установлено, что добавление в состав Nd2Zr2O7 керамик стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 в молярных долях 0.05-0.15 М приводит к увеличению прочностных характеристик на 20-70%, обусловленному формированием межфазных границ, а также упрочнением за счет дисперсных размерных эффектов. 3. Определено, что добавление в состав Nd2Zr2O7 керамик стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 при концентрациях 0.15 М, в результате которого в структуре керамик формируются примесные включения в виде MgO и Y2Zr2O7, приводит к увеличению сопротивляемости к радиационно-стимулированным процессам деградации прочностных и теплофизических характеристик, а также сдерживанию диффузии дефектов вглубь поврежденного слоя. Практическое значение полученных результатов Результаты оценки изменения фазового состава Nd2Zr2O7 керамик при вариации температуры отжига, а также полученные на их основе фазовые диаграммы, отражающие основные этапы фазообразования в двухкомпонентной системе Nd2O3-ZrO2 могут быть использованы в дальнейшем для расширения общих представлений синтеза тугоплавких оксидных керамик. Полученные результаты оценки вариации концентрации стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 на изменение прочностных и теплофизических параметров Nd2Zr2O7 керамик, а также возможности получения керамик с эффектом дисперсионного упрочнения, обусловленного примесными включениями или полиморфными трансформациями могут быть в дальнейшем использованы для расширения технологических решений в области синтеза высокопрочных керамических материалов. Результаты тестовых испытаний влияния стабилизирующих добавок MgO и Y2O3 на изменение скорости радиационно-индуцированной деградации приповерхностного слоя Nd2Zr2O7 керамик в дальнейшем могут быть использованы для оценки применения данного класса керамик в качестве материалов инертных матриц дисперсного ядерного топлива, рассматриваемого как одного из типов ядерного топлива для высокотемпературных ядерных реакторов нового поколения. Достоверность полученных результатов Все экспериментальные работы в рамках выполнения диссертации были выполнены с использованием высокоточного аналитического оборудования Лаборатории инженерного профиля Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева и Лаборатории физики твердого тела Астанинского филиала Института ядерной физики МЭ РК. Эксперименты, связанные с синтезом керамик, были осуществлены в несколько параллелей с целью получения повторяемости и сходимости результатов, а также исключения человеческих факторов. Характеризация полученных образцов осуществлялась с использованием сертифицированного программного обеспечения, перед измерениями, проводилась калибровка приборов с целью исключения механических ошибок и неточности измерений. При этом эксперименты по облучению с целью исключения артефактных эффектов, связанных с резкими изменениями структурных особенностей, обусловленных неоднородностью состава керамик, были проведены в виде серийных облучений по пять образцов на один флюенс, что позволило оценить повторяемость наблюдаемых структурных искажений, вызванных облучением. Личный вклад соискателя Личный вклад соискателя заключается в проведении литературного обзора по теме диссертационного исследования, сбору, обработке и интерпретации результатов экспериментов с учетом априорных данных ранее проведенных экспериментов и литературных данных, полученных при литературном обзоре, непосредственном участии в проведении экспериментов по синтезу керамик и их характеризации, а также определению влияния флюенса облучения на изменения свойств керамических материалов. Основные эксперименты, связанные с синтезом керамик и их характеризацией, проводились на базе Лаборатории инженерного профиля Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева, а также Лаборатории физики твердого тела Астанинского филиала Института ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан. Эксперименты, связанные с облучением образцов, проводились совместно с зарубежным консультантом д.ф.-м.н., профессором Угловым В.В. и отечественным консультантом, PhD Козловским А.Л. Постановка цели и задач диссертации была осуществлена соискателем совместно со всеми научными консультантами, с которыми также были обсуждены основные результаты проведенных экспериментов, на основе которых были сформулированы основные выводы диссертации, а также положения, выносимые на защиту. Связь работы с научно-исследовательскими проектами, программами Диссертационное исследование было выполнено в рамках грантового финансирования, реализуемого в период 2023-2025 гг. AP19574467 «Исследование механизмов радиационных повреждений в композитных керамиках Nd2Zr2O7 допированных MgO и Y2O3», финансируемого Министерством науки и высшего образования Республики Казахстан. Апробация работы Апробация результатов диссертационного исследования была осуществлена в виде научных докладов, представленных на научных конференциях: 1. ХIX Международная научная конференция студентов и молодых ученых «ǴYLYM JÁNE BILIM - 2024», Астана, Казахстан (апрель, 2024). 2. 9th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects, Томск, Россия (сентябрь, 2024). 3. V Международный научный форум «Ядерная наука и технологии», Алматы, Казахстан (октябрь, 2024). Публикации Результаты диссертационного исследования были опубликованы в следующих научных публикациях: 1. Kozlovskiy A.L., Kabiyev M.B., Shlimas D.I., Uglov V.V. Study of the effect of the formation of two-phase ceramics based on neodymium zirconate due to doping with MgO and Y2O5 on the stability of strength and thermophysical parameters under irradiation // Eurasian Physical Technical Journal. – 2024. – Vol. 21, №. 2 (48). – P. 5-13. (статья в издании, рекомендованном КОКСНВО). 2. A.L. Kozlovskiy, M. Kabiyev. Study of the effect of variations in the MgO dopant on changes in the structural, strength and thermophysical parameters of Nd2Zr2O7 ceramics // ES Materials & Manufacturing (2025). (Scopus, CiteScore – 14.4, percentile – 95 % (Materials Science)). 3. Козловский А.Л., Кабиев М.Б., Кенжина И.Е., Толенова А.У. Использование стабилизирующих добавок для направленной модификации и упрочнения Nd2Zr2O7 керамик // Вестник НЯЦ РК. Периодический научно-технический журнал Национального ядерного центра Республики Казахстан. – Выпуск 4(100). – 2024. – С. 119-127. 4. Козловский А.Л., Кабиев М.Б., Кенжина И.Е., Толенова А.У. Изучение механизмов структурных повреждений стабилизированных керамик на основе цирконатов при высокотемпературном облучении // Вестник НЯЦ РК. Периодический научно-технический журнал Национального ядерного центра Республики Казахстан. – Выпуск 4(100). – 2024. – С. 153-163. 5. A.L. Kozlovskiy, D.I. Shlimas, N. Volodina, G.Zh. Moldabayeva, M. Kabiyev, M. Konuhova. Study of the effect of phase formation processes on the change in optical and thermal properties of Nd2Zr2O7 ceramics with a pyrochlore structure // Optical Materials: X. – 2025. – Vol. 26, № 100410. – 10 p. Структура и объем работы Диссертация представлена на 102 печатных листах, включающих в себя 39 рисунков, 3 таблиц, а также 135 литературных источников. Структура диссертации представлена Введением, четырьмя главами, Заключением и списком использованных источников. Во Введении диссертационного исследования сформулированы основные цель и задачи диссертации, основные положения, выносимые на защиту, новизна и практическая значимость проведенных исследований, приведена краткая информация об объекте и предмете исследований, а также актуальность данной тематики в разрезе современного состояния дел в области применения конструкционных материалов в ядерной энергетике. В Первой главе приведены краткий обзор последних достижений в области керамик на основе цирконатов, а также оценке применения данных типов керамик в качестве материалов инертных матриц, обладающих достаточно высокими показателями устойчивости к внешним воздействиям. Также приведены результаты литературного обзора оценки перспективности использования стабилизирующих добавок для повышения устойчивости керамик к радиационным повреждениям, а также стабилизации полиморфных превращений в керамиках на основе циркониевых соединений. Во Второй главе приведено описание метода получения керамик, а также краткое описание методик, используемых для всесторонней характеризации полученных образцов и экспериментов по моделированию процессов радиационных повреждений в приповерхностных слоях керамик. В Третьей главе приведены результаты экспериментов, связанных с отработкой режимов получения Nd2Zr2O7 керамик с применением метода механоактивации, а также влияния вариации концентрации стабилизирующих добавок в виде MgO и Y2O3 на изменение прочностных и теплофизических параметров, а также устойчивости к внешним механическим воздействиям при однократном сжатии. Большое внимание в главе уделено описанию взаимосвязи между изменениями оптических свойств керамик и теплофизических параметров, в особенности, влияния концентрации кислородных вакансий на коэффициент теплопроводности керамик, а также фононные механизмы передачи тепла. В ходе проведенных исследований была установлена зависимость фазовых трансформаций, возникающих в двухкомпонентной системе Nd2O3-ZrO2 при изменении температуры отжига, а также определены температурные режимы при которых происходит формирование устойчивой кубической Nd2Zr2O7 фазы. На основе полученных данных определены оптимальные режимы получения однофазных Nd2Zr2O7 керамик, которые использовались для отработки режимов получения керамик с добавлением в них стабилизирующих добавок с различной концентрацией, в результате изменения которой происходит формирование керамик с примесными включениями в виде фаз внедрения, а также полиморфных фаз замещения, возникающих при больших концентрациях стабилизирующих добавок. В ходе анализа полученных данных зависимостей изменений фазового состава керамик и прочностных параметров были определены оптимальные составы керамик, которые использовались для дальнейших исследований с целью выявления радиационной стойкости керамик, а также определения механизмов структурной деградации при накоплении радиационных повреждений в приповерхностных слоях. В Четвертой главе приведено описание результатов экспериментальных работ, связанных с изучением механизмов накопления радиационных повреждений при облучении тяжелыми ионами Xe+ исследуемых образцов Nd2Zr2O7 керамик в нестабилизированном состоянии, и стабилизированных 0.15М MgO и Y2O3, добавление которых согласно данным рентгенофазового анализа приводит к формированию в структуре примесных включений в виде MgO и Y2Zr2O7 зерен, которые создают буферный защитный слой в межзеренном пространстве, наличие которого приводит к увеличению сопротивляемости к радиационно-индуцированным процессам разупрочнения и снижения теплофизических параметров. На основе проведенных исследований, сделано заключение о перспективности использования стабилизирующих добавок для направленной модификации Nd2Zr2O7 керамик с целью повышения их устойчивости к радиационным повреждениям. При этом используя метод индентирования (определения твердости по глубине вдоль траектории движения ионов в поврежденном слое) были установлены зависимости изменения механизмов диффузии дефектов и кислородных вакансий в структуре поврежденного слоя, обусловленные температурным воздействием, связанным с облучением образцов при различных температурах. В Заключении представлены основные результаты проведенных исследований, а также сделаны выводы по установленным взаимосвязям влияния вариации состава керамик на устойчивость к радиационным повреждениям.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=7JaNJVVt72s&ab_channel=ENUOFFICIAL
