Browsing by Title

  • Item
    Використання методу регуляризації для визначення характеристик субструктури кристалічних матеріалів за формою дифракційних кривих.
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2019-11-13) Роженко Наталія Миколаївна ; Rozhenko N. M.
    Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук (доктора філософії) за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла – Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2019. Дисертаційна робота присвячена розробці методики дослідження дефектного стану кристалічних матеріалів, що базується на цифровій обробці їхніх XRD-дифрактограм, рівнозначній заміні на обладнання з більш високою (порівнянною з кроком дифракції) роздільною здатністю. Ефект підвищення роздільної здатності досягається усуненням інструментального уширення методом регуляризації Тихонова і переходом від зафіксованих експериментальних дифракційних ліній до фізичних кривих розглядуваних об’єктів. Розроблена методика включає процедуру розділення ефектів дифракції на ОКР та кристалічній ґратці з мікродеформаціями, яка узагальнює методи моментів та Холла–Вільямсона, вільна від апріорних припущень щодо закону розподілу мікродеформацій, враховує форму враховує форму фізичних дифракційних ліній та характер функції розмиття на областях когерентного розсіяння і дозволяє визначати функцію щільності розподілу мікродеформацій. За допомогою представленої методики проведено дослідження дефектного стану порошків W, WC і Fe після розмелу різної тривалості, визначено такі характеристики тонкої структури, як середні значення мікродеформацій і розмірів ОКР, їхню залежність від тривалості розмелу, а також закони розподілу мікродеформацій у порошках W та WC. Thesis of physics and mathematics PhD degree, specialty 01.04.07 – solid state physics – Institute for Problems of Materials Science of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2019. The dissertation is devoted to development of methods for studying the defective state of crystalline materials, which is based on digital processing of their X-ray patterns’, that amount to increase the resolving ability of the equipment. The effect of increasing the resolution is achieved by eliminating the instrumental broadening by the Tikhonov’s regularization method and by the transition from experimental diffraction lines to the physical diffraction curves of the objects. The developed method includes a procedure of separation of X-ray diffraction effects on CSR and crystal lattice microstrain which summarizes the method of moments and the Hall-Williamson, free from a priori assumptions about the law microstrain distribution takes into account the shape of complete physical profile, the nature of a blur function in the coherent scattering region and allows you to define the density distribution function microstrain. Using the presented technique, the defect state of W, WC, and Fe powders after grinding of different durations was studied; such fine structure characteristics as average values of microstrains and CSR sizes, their dependence on grinding time, and the distribution of microstrains in W and WC powders were determined.
  • Item
    Вплив деяких видів іонізуючого випромінювання на властивості плівок оксиду цинку
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-10-19) Миронюк Денис Валерійович ; Myroniuk D. V.
    Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України. - Київ, 2016. В роботі досліджено вплив високоенергетичних електронів та швидких заряджених іонів ксенону на мікроструктуру, фононний та зонний спектри нелегованих та легованих плівок оксиду цинку, осаджених методом магнетронного розпилення. Досліджено вплив опромінення високоенергетичними електронами (10 МеВ) на мікроструктуру та люмінесцентні властивості плівок оксиду цинку, осаджених на підкладки сапфіра. Зі спектрів ФЛ було виявлено утворення складних комплексних дефектів типу VZn-ZnO та VO-OZn. Вперше встановлено, що опромінення швидкими важкими іонами (Xe26+) (E >1 МеВ/нуклон) текстурованих вздовж вісі с плівок оксиду цинку на підкладках кремнію призводить до рекристалізації кристалітів. Виявлено, що вплив опромінення високоенергетичними важкими іонами на мікроструктуру плівок оксиду цинку суттєво залежить від типу підкладки. Встановлено, що кремній непридатний для використання в якості підкладок для плівок оксиду цинку при експлуатації приладів на їх основі у жорстких радіаційних умовах опромінення ШВІ. Однак, при опроміненні до флюенсів плівки оксиду цинку, осаджені на підкладках сапфіра, зберігають структуру кристалічної ґратки та текстуру. Тобто плівки можуть бути використані в оптоелектронних пристроях, що знаходяться під впливом високого фонового іонізуючого випромінювання. Вперше встановлено, що плівки ZnO, леговані малими концентраціями кадмію (0,4 та 0,5 ат. %), є більш стійкими до впливу опромінення швидкими важкими іонами, порівняно із нелегованими плівками оксиду цинку. Thesis for a scientific degree of Candidate of Sciences in Physics and Mathematics: speciality 01.04.07 - physics of solids. –Frantsevich Institute for Problems of Material Science National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2016. Dissertation is devoted to the study of high-energy electrons and swift heavy xenon ions effect on microstructure, phonon and band spectra of undoped and doped zinc oxide films deposited by magnetron sputtering. It was established the effect of high-energy electron irradiation (10 MeV) on the microstructure and luminescent properties of zinc oxide films deposited on sapphire substrates. From the photoluminescence spectra the formation of complex defects such VZn-ZnO and VO-OZn it was found. For the first time it was observed that films textured along the ZnO c axis on silicon substrates irradiated by swift heavy ions (Xe26+) (E > 1 MeV/nucleon) leads to the recrystallization of crystallites. It was found that the effect of swift heavy ion irradiation on the structure of ZnO films essentially depends on the type of substrate. It was established that silicon is not suitable for use as substrates for zinc oxide films in devices in the cases of hard radiation background. However, with significant irradiation fluence the films retain crystal lattice structure and texture (in the case of films deposited on sapphire substrate). Thus, the ZnO films can be used in optoelectronic devices under the influence of high background radiation. For the first time found that the ZnO films, doped with small concentrations of cadmium (0.4 and 0.5 at. %) are more resistant to the swift heavy ion irradiation, compared with undoped ZnO films.
  • Item
    Вплив лазерної обробки на структуру та властивості композиційних товстих плівок на основі Ni3B, BaB6-LaB6 та SnO2-Sb.
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2015-09-07) Шелудько Володимир Євгенович ; Sheludko V. E.
    Робота присвячена вивченню впливу лазерної обробки на структурні і електрофізичні характеристики товстих плівок для мікроелектроніки. Об'єктами дослідження були композиційні товсті плівки (ТП) на основі боридів Ni3B, BaВ6, LaВ6, твердих розчинів Ba0,76La0,24В6, Sn0,9Sb0,1O2 і склозв`язуючих СЦ3-55 і С279-2. Розраховані і експериментально визначені основні теплофізичні та оптичні характеристики даних композицій і проведені розрахунки температурних полів у ТП при лазерній обробці. Методами АСМ і СЕМ вивчена морфологія, “фазовий контраст”, а також структура поверхні у вторинних і відбитих електронах при різних режимах лазерної обробки і визначені інтервали енергій, при яких спостерігається мінімальна шорсткість ТП на основі Ni3B, та отримані криві концентраційного розподілу елементів провідної фази по поверхні і глибині плівок. Дані рекомендації з обробки ТП в інтервалах енергій, які сприяють зменшенню шорсткості, що має практичний інтерес при створенні змінних резисторів. Встановлено, що обробка всіх видів ТП імпульсним лазерним випромінюванням наносекундної тривалості проявляється в зменшенні товщини ТП та дробленні часток провідної фази. Визначений ряд стійкості плівок до багаторазового впливу імпульсів наносекундной тривалості: LaВ6 > Ba0,76La0,24B6 > BaВ6 > Sn0,9Sb0,1O2 > Ni3B. Опромінення імпульсами нано- і мікросекундної тривалості сприяє роботі ТП в оптимальних умовах (значення параметра α~1). Досліджено коефіцієнт тензочутливості  для ТП на основі досліджуваних систем. Показано, що вплив імпульсів наносекундной тривалості підвищує значення  ТП на основі легованого сурмою диоксида олова ~на 35 % при гарній відтворюваності. Цей режим рекомендовано для практичного застосування. The work is devoted to the study of the influence of laser processing on structural and electrophysical characteristics of thick films for microelectronics. Thick films (TF) composition on the base of borides Ni3B, BaB6, LaB6, solid solutions Ba0,76La0,24В6, Sn0,9Sb0,1O2 and glass СЦ3-55 and С279-2 were adopted as the objects for investigation. Basic thermalphysic and optical characteristics of these compositions are calculated and defined experimentally and calculations of the temperature fields in TF at laser processing are also conducted. The morphology, phase contrast and also surface structure in the secondary and back-scattered electrons are studied by the methods of AFM and SEM at the different modes of laser processing and energies intervals at which the minimum roughness of Ni3B-based TF is observed, are defined and the curves of concentration distribution of conducting phase elements on the surface and in depth are obtained. The recommendations on laser processing of TF in the energies intervals promoting roughness` decreasing are obtained. It has practical interest when producing variable resistors. The laser processing of all kinds of TF with pulse irradiation of nanosecond duration is established to result in decreasing of thickness of resistive layer and crushing of particles of conducting phase. The line of TF stability to the repeated influence of nanosecond duration pulses is determined: LaВ6 > Ba0,76La0,24B6 > BaВ6 > Sn0,9Sb0,1O2 > Ni3B. The laser irradiation by nano- and microsecond duration pulses promotes TF work in optimal performance (the value of parameter α~1). Gage factor for TF in study is investigated. The influence of nanosecond duration pulses is shown to raise the  value for Sn0,9Sb0,1O2-based TF ~by 35 % at a good repeatability. This mode is recommended for practical application.
  • Item
    Діаграми стану систем, утворених d-металами з p-елементами iii-ої та iv-ої груп, як наукова основа розробки матеріалів з високою питомою міцністю в широкому температурному інтервал
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-12-19) Бондар Анатолій Адольфович ; Bondar A .A.
    Bondar A .A. – Phase diagrams of systems formed by d-metals with p-elements of III and IV groups as a scientific basis for development of materials with high specific strength in a wide temperature range. – Manuscript. The Doctor of Science thesis by speciality 02.00.04 – physical chemistry. – I. M. Frantsevich Institute for Problems of Materials Sciences, NAS of Ukraine, Kiev, 2016. The thesis is devoted to construction of phase diagrams of ternary systems Al–Fe–Ta, AlТіХ, where Х is Nb, Та, Cr, or С, and ВТіZ, where Z is Al, Si, Ge, Sn, V, Nb, or Мо, as well as a number of binary boundary systems. Parameters of phase equilibria and characteristics of phase transformations in insufficiently studied regions of ternary systems Al–Fe–Ta, Al–Nb–Ti, Al–Та–Tі, AlCrTi, Al–C–Ti, Al–B–Ti, B–NbTi, and B–Мо–Ti and binary Al–Ti, Al–Ta, Al–Nb, Al–Ta, B–Ti, B–Nb and FeTa ones. For these systems and also for AlCr and B–Мо ones, thermodynamic descriptions were elaborated by using a CALPHAD approach on the basis of assessed experimental data, and phase diagrams were calculated. Systems B–Si–Ti, B–Ge–Ti, B–Sn–Ti, and B–Ti–V were studied in the Ti corners, and phase diagrams were constructed for these regions. Modes of presentation in a reaction scheme after Scheil were proposed for invariant reactions with the participation of continuous transformations (chemical and magnetic orderings). Some mechanical properties are examined and discussed.
  • Item
    Діаграми стану та властивості сплавів систем B‒ Mo‒ Ti та B‒ Mo‒ Nb.
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-10-26) Потажевська Оксана Анатоліївна ; Potazhevska O. A.
    Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 – фізична хімія. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ, 2016. Дисертація присвячена дослідженню фазових рівноваг у потрійних системах B‒ Mo‒ Ti і B‒ Mo‒ Nb. Комплексом методів фізико-хімічного аналізу експериментально досліджені литі та відпалені сплави систем B‒ Mo‒ Ti і B‒ Mo‒ Nb. На основі отриманих експериментальних та критично проаналізованих літературних даних побудовані діаграми стану вказаних систем при температурах плавлення-кристалізації в повному концентраційному інтервалі у вигляді проекцій поверхонь солідуса, ліквідуса, діаграми плавкості та схеми реакцій при кристалізації. У результаті проведеного методом CALPHAD термодинамічного моделювання розраховано вперше діаграму стану потрійної B‒ Mo‒ Ti та отримано нову версію діаграми стану подвійної системи B‒ Mo. Завдяки високій мікротвердості при кімнатній температурі та твердості в інтервалі температур сплави досліджених систем можна рекомендувати для розробки на їх основі нових жароміцних матеріалів і покриттів. Зроблено прогноз щодо утворення неперервних рядів твердих розчинів між диборидами у недостатньо досліджених системах B‒ Mo‒ Hf та B‒ Mo‒ V і моноборидами у системах із ванадієм та танталом. The Doctor of Philosophy (PhD) thesis by speciality 02.00.04 – physical chemistry. – Frantsevich Institute for Problems of Materials Sciences, NAS of Ukraine, Kyiv, 2016. The thesis is devoted to investigation of phase equilibria in the ternary systems B‒ Mo‒ Ti and B‒ Mo‒ Nb. Ternary alloys, both as-cast and annealed at subsolidus temperatures, were studied by a number of techniques. Basing on the experimental data and assessed literature information, phase diagrams at temperatures of melting solidification were constructed in full concentration ranges as solidus and liquidus surface projections, phase diagram at melting (solidification) and reaction scheme. As a result of thermodynamic modeling by CALPHAD approach, a new version of B‒ Mo binary phase diagram and ternary B‒ Mo‒ Ti one were calculated. The alloys of investigated systems in the metal-boride ranges have high ambient‒ temperature microhardness and hardness at elevated temperature and are promising for applications as high-temperature materials and heat-resistant coatings. Existence of continuous solid solutions of diborides was predicted in uninvestigated systems B‒ Mo‒ Hf and B‒ Mo‒ V, continuous solid solutions of monoborides were proposal to form in systems with V and Ta.
  • Item
    Діаграми стану та властивості сплавів систем молібден−залізо−бор і молібден−нікель−бор
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2021-12-14) Уткін Сергій Вікторович ; Utkin S. V.
    Дисертація присвячена дослідженню фазових рівноваг і перетворень у системах Mo−Ni−B, Mo−Fe−B та Fe−B комплексом методів фізико-хімічного аналізу. Приготовлені електродуговою плавкою сплави вивчено в литому стані та після відпалу при субсолідусних температурах. Вперше експериментально побудовано діаграми плавкості систем Mo−Ni−B та Mo−Fe−B при вмісті бору до ~ 50 % (ат.). Показано, що бориди Mo2NiB2, Mo2FeB2, Mo3Ni10B11, MoxFe3-xB та Mo3NiB3 є стабільними на поверхні солідуса і плавляться інконґруентно. Вперше надійно виміряно ширину області гомогенності τ1-боридів Mo2NiB2 і Mo2FeB2 за вмістом металів. В системі Mo−Ni−B вперше виявлено перехідне (перитектоїдно-евтектоїдне) перетворення U-типу (Übergangsreaktion) Mo2B + MoNi ↔ (Mo) + Mo2NiB2 при 1293 °С у твердому стані. У рамках підходу CALPHAD вперше створено термодинамічні описи систем Fe–B і Mo–Fe–B, які враховують перетворення α-FeB ↔ β-FeB при 1212 °С та феро магнітні перетворення у боридах α-FeB і Fe2B. Вперше розраховано діаграму стану системи Mo–Fe–B у повному інтервалі температур і концентрацій та побудовано схему реакцій за Шайлем, яка включає фазові переходи 1-го и 2-го роду. Виявлено закономірності будови діаграм стану трикомпонентних систем Mo−{Fe,Co, Ni}−B та дано прогноз щодо будови поверхні солідуса системи Mo–Co–B. The scope of this thesis is investigation of phase equilibria in the Mo–Ni–B and Mo–Fe–B ternary systems by a number of physical chemistry analysis techniques. There were studied arc-melted alloys, both as-cast and annealed at subsolidus temperatures (30–50 °С lower than incipient melting temperature). Experimental study resulted in construction of phase diagrams for the Mo−Ni−B and Mo−Fe−B systems for the first time as solidus surface projections and melting diagrams, as well as Scheil's reaction schemes for alloy crystallization in the boron content range up - 24 - to ~ 50 at. %. It was established for the Mo−Ni−B system that known borides Mo2NiB2, Mo3NiB3 and Mo3Ni10B11 as well as Mo2FeB2 and MoxFe3-xB are stable in the solidus surface and melt incongruently. The homogeneity ranges on metal content were measured thoroughly for the first time, which are equal from 20 to 21,4 at. % Ni for Mo2NiB2 and from 13 to 27 at. % Fe for Mo2FeB2. It was firstly shown that τ1 ternary phases Mo2NiB2 and Mo2FeB2 form via the quasibinary peritectical reactions Lp2 max + α-MoB ↔ τ1 at temperatures not lower than 1793 °С and 1900 °С respectively and are involved in the transitory (peritectic-eutectical) U-type (Übergangsreaktion) phase transformations at lower temperatures. It was shown for the first time that the other transitory (peritectoid-eutectoid) phase transformation Mo2B + MoNi ↔ (Mo) + Mo2NiB2 occurs at 1293 °С in the solid state and the joint solubility of boron and nickel in the (Mo) phase is reached to anomaly great values as 6 and 3,0 at. % respectively. It was proved experimentally that in the constituent binary system Fe−B the Fe3B boride is definitely metastable. At the same time in the Mo−Fe−B ternary system it was shown that in the solidus surface at 1160 °С there is the ternary compound MoxFe3-xB (τ2) containing 1,3−2,0 at. % Mo. This boride is formed via a peritectic reaction and stable up to ~ 1050 °С. It exists as two modifications of crystal structural types Ti3P and Ni3P. As a result of research work within CALPHAD approach for the first time the thermodynamic descriptions of the Fe−B and Mo−Fe−B systems were elaborated, which take into account allotropic transformation α-FeB ↔ β-FeB at 1212 °С and ferromagnetic transformations of α-FeB and Fe2B boride phases as 2-nd order phase transitions. The metastable phase diagram of the Fe−B system including (γ-Fe) + Fe3B eutectic was calculated. It was constructed for the first time The thermodynamic description of the Mo−Fe−B system in the whole concentration and temperature range was firstly elaborated that allows calculating phase diagrams and Scheil's reaction scheme including both 1-st and 2-nd order phase transformations. Due to their high microhardness, abrasive resistance and high-temperature strength, two-phase alloys which consist of ternary boride and binding metal phase based on the metals of iron group are paid attention at development on their basis novel high temperature strength and corrosion-resistant materials, brazing spelters and wear-resistant coatings. It was also revealed regularities in the constitution of the Mo−{Fe,Co, Ni}−B ternary phase diagrams and predicted constitution of the Mo−Co−B system solidus surface.
  • Item
    Електронна структура і оптичні властивості сполук APb2X5 і Tl3PbX5 (A= K, Rb, Tl; X= Cl, Br, I) – перспективних матеріалів нелінійної оптики.
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-06-29) Денисюк Наталія Михайлівна ; Denysyuk N.M.
  • Item
    Механізми формування структури та властивостей тонких плівок на основі аморфного вуглецю, які одержують магнетронним методом
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-12-07) Онопрієнко Олексій Олексійович ; Onoprienko A. A.
    Онопрієнко О. О. Механізми формування структури та властивостей тонких плівок на основі аморфного вуглецю, які одержують магнетронним методом. – Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ, 2016 р. Дисертаційна робота присвячена експериментальному вивченню механізмів формування та еволюції структури та властивостей при конденсації та відпалі тонких вуглецевих плівок, одержаних магнетронним методом. Встановлено, що осадження при температурі підкладки в інтервалі 20-400 оС приводить до формування аморфних (а-С) плівок. Мікроструктуру таких плівок формують кластери малого (1-2 нм) розміру, які складаються із неупорядковано розташованих та викривлених кілець типу ароматичних Із підвищенням температури осадження в цьому інтервалі в плівках формується все більше правильних 6-атомних кілець, які розташовуються в кластерах із більшим ступенем упорядкування. При підвищенні температури конденсації вище 500 оС на підкладці одразу осаджуються плівки, які складаються із нанокристалів графіту. Відпал в інтервалі 50-650оС а-С плівок, осаджених при низькій температурі, не змінює в цілому структуру плівок, а вище 650оС в структурі плівок утворюються графітоподібні фрагменти. Твердість та пружній модуль а-С плівок знижуються із підвищенням температури конденсації, але не змінюються із температурою відпалу в інтервалі 50-650оС. Легування а-С плівок бором і кремнієм не змінює, в цілому, механізм формування їх структури, але призводить до уповільнення процесу перетворення кластерів в графітоподібні внаслідок додаткового викривлення кілець через те, що атоми бору та кремнію заміщують атоми вуглецю в кільцях. Порівняння електрохімічної поведінки різних металів, алмазних плівок, легованих бором, та одержаних в дисертаційній роботі а-С:В плівок в реакції окислення-відновлення в розчині Fe(CN)6 3-/4- показало, що а-С:В плівки є перспективними для використання в електрохімічній промисловості в якості електродів. При осадженні на підкладки при низькій температурі а-С плівок, що містять метали (Cu, Ag), атоми металу не порушують аморфну структуру плівок. Відпал в вакуумі таких плівок або осадження при високій (600 oC) температурі приводить до виділенні атомів металу в частинки як на поверхні плівок, та і в їх об'ємі. В ансамблях частинок на поверхні плівок розвивається процес коалесценції по механізму поверхневої гетеродифузії (для частинок Cu) або змішаному механізму поверхневої гетеродифузії та злиття малих частинок внаслідок їх переміщення як цілого по поверхні плівок та зіткнення. Onoprienko A. A. Mechanisms of structure and properties formation of thin amorphous carbon based films prepared by magnetron sputtering. – Manuscript. Thesis for the degree of Doctor of Sciences in Physics and Mathematics; speciality 01.04.07 – solid state physics. – Frantsevich Institute for Problems of Materials Science NAS of Ukraine, Kiev, 2016. The work presents the results of experimental study of the mechanisms that govern the processes of structure and properties formation upon condensation and annealing in carbon films deposited by magnetron sputtering. The microstructure of films deposited at near room temperature is formed by small size (1-2 nm) clusters consisted of chaotically arranged and distorted rings of aromatic type. With increasing the condensation temperature in the range 20-400 oC more regular 6-atom rings form in the films, which are arranged more ordered. An increase in substrate temperature upon condensation above 500 oC results in change in the film formation mechanism, and the nanocrystalline graphite films deposit onto substrate. Annealing in the temperature range 50-650 oC of a-C films deposited at low substrate temperature doesn’t change in whole the film structure, whereas above 650 оС the graphite-like fragments form in the film structure. The hardness and elastic modulus of films decrease with increasing substrate temperature upon deposition, and don’t change with annealing temperature in the range of 50-650 С. Doping of a-C films with boron and silicon doesn’t change in whole the mechanism of structure formation but slows down the process of transformation clusters into graphite-like ones in the deposition temperature range 20-400 С because of additional distortion of rings by incorporated boron and silicon atoms into them. Comparison of electrochemical behavior in the salt solution of different metals and boron-doped diamond films with the а-С:В films obtained in present work have shown that the latter are prospective for application as electrodes in electrochemical industry. When depositing metal-doped (Cu, Ag) films at low substrate temperature, the metal atoms are uniformly distributed within the carbon matrix and don’t disturb its quasi-amorphous structure. Annealing in a vacuum of such films or deposition of the films at high (600 oC) substrate temperature results in precipitation of metal atoms in particles both in the film volume and on its surface. The process of coalescence develops within the particle ensemble located on the film surface by the surface hetero diffusion mechanism (for Cu particles) or by the mixed mechanism of surface hetero diffusion and simultaneous fusion of fine particles as a result of their movement as a whole onto film surface (for Ag particles).
  • Item
    Наукові засади прогнозування консолідації порошкових матеріалів на основі аналізу багаторівневої взаємодії елементів їх структури
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-06-30) Максименко Андрій Леонідович, Maximenko A.L.
    Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.06- порошкова металургія та композиційні матеріали.- Інститут проблем матеріалознавства ім.І.М. Францевича НАНУ, Київ, 2016 Дисертаційна робота присвячена розробці методів формування механічних та службових властивостей порошкових виробів в умовах консолідації на основі багато масштабного аналізу структури та властивостей виробів. Основні результати дисертації одержані методами комп'ютерного моделювання мезоскопічного і макроскопічного пластичного деформування і спікання металічних та керамічних порошків. Запропоновано новий чисельний підхід Прямого багатомасштабного моделювання, що базується на одночасному скінченоелементному моделюванні процесів консолідації як на рівні частинок порошку так і на рівні заготовок в цілому і який дозволяє моделювати технологічні процеси без явного формулювання макроскопічних визначальних співвідношень. Перша половина дисертації присвячена пресуванню порошків. Доведено, що зусилля пресування і кінетика ущільнення залежать не тільки від пористості але і від таких структурних і фізичних параметрів пористого тіла як форма пор і частинок, параметри деформаційного зміцнення частинок, розподілу частинок і пор за розмірами, досконалості контактів, анізотропії матеріалу, тертя між частинками. Пряме багатомасштабне моделювання пресування порошків з врахуванням анізотропії властивостей порошкового тіла, деформаційного зміцнення частинок і накопичення пошкоджень здійснено для тестових запропонованих Європейською асоціацією порошкової металургії. Порівняння теоретичних та експериментальних результатів доводить їх близькість, що підтверджує достовірність нового підходу моделювання. Друга частина дисертації присвячена моделюванню спікання. Для початкової стадії дифузійного спікання одержані кінематичні співвідношення для зростання розмірів контактів і швидкості зближення частинок для різних комбінацій коефіцієнтів зернограничної, поверхневої, об'ємної дифузій і рівнів зовнішнього навантаження. Одержані результати використані для моделювання накопичення пожкодженості при спіканні композитів. Запропонована модель фінальної стадії спікання, яка дозволяє оцінювати як ущільнення так і зростання розмірів зерен в матеріалі. Методом Прямого багато масштабного моделювання досліджено спікання композитів з жорсткими включеннями і доведено, що в уповільненні спікання таких композитів значну роль відіграє середній розмір пор і відповідне зменшення лапласівського тиску в матеріалі. Для спікання функціонально-градієнтних композитів розроблено підхід, що дозволяє знаходити початкову форму заготовки, яка забезпечує задану форму готового виробу. Цей підхід використовувався для виготовлення керамічних ендопротезів. Для спікання функціонально-градієнтних твердих сплавів здійснено моделювання перерозподілу металічної фази і запропоновано режим термообробки який дозволяє зберігати градієнти фаз Thesis for the doctor‟s degree. Field of specialization 0.5.16.06-Powder metallurgy and composite materials. I.N.Frantsevich Institute for problems of materials sciences, National Academy of Science of Ukraine.-Kyiv-2016. This thesis is devoted to the development of new approaches for improvement of performance of powder-based consolidated parts in powder metallurgy and ceramics. Technology optimization is based on multiscale computer modeling of technological processes with the use of new mesoscopic and macroscopic models of powder plasticity and sintering. New numerical approach called Direct multiscale modeling is put forward in the Thesis for the solution of multiscale problems. It is based on simultaneous numerical modeling of powder consolidation problems on the structural level of powder particles and macroscopic structural level without any formulation of macroscopic constitutive equations in analytical form. The first part of the Thesis is devoted to the investigation of cold and hot powder pressing. It is noted, that in the modeling porosity is usually treated as the only structural parameter of powder bodies, but numerical experimental data of different authors proved importance of various other structural and physical parameters like pore and particle shape, pore-size distribution, parameters of strain hardening of particle material, friction and contact properties between particles, anisotropy of powder bodies. The first chapter of the Thesis is devoted to the numerical estimations of these parameter‟s contributions into plasticity of powder bodies during consolidation. For the numerical assessments of the anisotropy development during powder pressing, yield surface of the powder body with elliptic pores was obtained in analytical form. It was found, that importance of the accumulated material anisotropy increased when loading type was changed from die pressing to upsetting. For the beginning stage of pressing it was shown that pore shapes and type of powder packing substantially influenced necessary pressing force even for the same porosity levels. In the case of hot pressing spheroidization of initial star-like pores increased stress levels during pressing. Based on numerical modeling of the consolidation of agglomerated powder, the general form of the yield surface of bi-porous powder body was proposed. It was shown, that in general case of the agglomerated powder bodies with one-side imperfect contacts between particles yield surface must depend on all three invariants of stress tensor. Direct multiscale modeling of metal powder pressing taking into account anisotropy of powder body and damage development and strain hardening of powders was carried out for the test specimen proposed by the European Powder Metallurgu Association. Comparison of experimental and theoretical results demonstrated good correlation between them and confirmed possibility of pressing modeling without explicit formulation of macroscopic constitutive equations. The second part of the Thesis is devoted to sintering modeling. The idea of application of multiscale modeling to powder consolidation unites both parts of the Thesis. For the first stage of diffusion sintering, kinematic relationships for shrinkage and particle-to-particle neck growth rates for different combinations of grain-boundary, volume and surface diffusion coefficients and levels of external loading were obtained. For the sintering under tensile loading non-monotonous non-linear contact growth regimes were found. On this foundation, criterion of the neck failure was proposed. With the use of Direct Multiscale modeling approach damage accumulation during sintering of composites with rigid inclusions was predicted. It was found that damage could be successfully healed if additional external compressive pressure of the order of sintering stress was applied. Proposed model of the final stage of sintering allows estimations of powder consolidation and grain growth during sintering. Based on these model peculiarities of sintering of agglomerated powders were found. During sintering of agglomerated powders very sluggish closure of large pores substantially slows down consolidation. It was found, that matter transport mechanisms during sintering of the large, with respect to grain size, pores and small ones are different. Large pores are filled predominantly by the grain sliding into pores unlike small pores that are filled by diffusion fluxes. This gave explanation to the Bordia effect, who demonstrated experimentally that large and small pores had opposite orientation after upsetting of the specimen. Direct multiscale modeling of final stage of sintering was applied for the modeling of sintering of ceramic composites. It was found that slow sintering of composites can be explained by the pore coarsening in material and concomitant reduction of sintering stress. For the sintering of functionally-graded composites new approach was proposed, that allowed prediction of initial shape of the graded pre-form providing near-net shape sintering of the composite part. This algorithm was applied for the prediction of the initial shape of functionally graded femoral balls for hip joint prosthesis. The main problem in the sintering of the functionally graded hard metals is homogenization of initial graded structure during sintering. New model of hard metal sintering was developed. It combines both solid and liquid-phase stages and takes into account surface tension of both liquid-vapor and solid-liquid interfaces. Modeling allowed prediction of the optimum heating regime during sintering providing retention of the graded material structure
  • Item
    Нові кількісні методи визначення структури матеріалів у електронній мікроскопії
    (Інститут проблем матеріалознавства ім.І.М.Францевича НАН України, 2021-09-15) Красікова Ірина Євгенівна
  • Item
    Першопринципні методи розрахунку фізичних характеристик тугоплавких бінарних евтектичних композитів
    ( 2018-05-23) Закарян Дора Арамаісівна ; Zakaryan D.A.
    Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ 2018. Розроблено метод для обчислення фізичних характеристик при одновісних деформаціях тугоплавких кристалів, що мають щільноупаковані атомні площини, а також модель, за допомогою якої можливо оцінити поверхневу енергію наночастинки. На основі створених методів і моделей оцінена міцність нанокристалів в залежності від розмірного фактора і форми. За допомогою квантово-механічних методів (метод псевдопотенціалу) побудований термодинамічний потенціал бінарних систем. Характерні параметри евтектики (концентрація і температура) обчислені за допомогою системи рівнянь, які отримані з умови екстремуму термодинамічного потенціалу. За допомогою побудованого методу «квазігармонійного наближення» були досліджені температурні залежності деяких фізичних характеристик боридів і композитів на їх основі. Виявлено, що для лінійного коефіцієнта термічного розширення LaB6 характерна стрибкоподібна зміна при високих температурах, що пов'язано з енергетичним станом комплексу B6. Розроблено метод для врахування міжкомпонентної взаємодії в композитах, оцінена її роль при утворенні евтектики, досліджені міцнісні характеристики бінарних композитів при високих температурах. Показано, що міжкомпонентна взаємодія утворюється за допомогою загальних атомів, які належать обом компонентам або загальними кристалічними вузлами (заселеними різними атомами, що належать двом компонентам) по лінії стикування двох структур. Thesis for doctor’s degree by speciality 01.04.07 – solid state physics.- Isititue for Problems of Materials Science of the National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2018. For refractory materials was developed the method for calculating the elastic charac teristics and theoretical strength for uniaxial deformations. A model is developed for as sessing the strength of nanocrystals, depending on their size and shape. 40 It is shown that in order to determine the composition and temperature at the eutectic point, it is sufficient to construct a thermodynamic potential for a system in the solid state, which has a maximum in concentration and a minimum in temperature. From the extreme point of the thermodynamic potential, a system of equations is obtained whose solution determines the composition and melting temperature of the system at the eutec tic point. To study the temperature dependence of the physical properties of binary eu tectic systems, a "quasi-harmonic approximation" model is constructed on the basis of the pseudopotential method. This model allows inclusion of nonharmonic effects asso ciated with the thermal expansion of materials within the framework of the harmonic approximation. An approach is presented to solve the problem of taking into account the intercomponent interaction, as well as the temperature dependence of the physical char acteristics. Taking into account the intercomponent interaction leads to an increase in the permissible degree of deformation of the refractory component, which ultimately contributes to an increase in the ultimate strength of the binary system. Based on the re sults of the computational experiment, the role of the intercomponent interaction in the formation of eutectic systems was studied.
  • Item
    Стійкість до окиснення та високотемпературна міцність ультрависокотемпературної композиційної кераміки на основі ZrB2 та ZrB2-SiC
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2022-10-05) Ведель Дмитро Вікторович_ ; Vedel D.V.
    Ведель Д.В. Стійкість до окиснення та високотемпературна міцність ультрависокотемпературної композиційної кераміки на основі ZrB2 та ZrB2–SiC. Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 «Матеріалознавство» (Технічні науки) – Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ – 2022. Дисертаційну роботу присвячено дослідженню закономірностей впливу тугоплавких добавок (Cr3C2, CrB2, Mo2C, MoSi2, WC, WSi2, W2B5 SiC, HfC, TaC) та технологій отримання (гаряче пресування, вакуумне спікання та комбінована технологія) на формування структурно-фазового складу та властивостей кераміки на основі дибориду цирконію. Особлива увага приділяється системі ZrB2-SiC, як найбільш перспективній для практичного використання. Термодинамічні розрахунки для прогнозування складу композиційної кераміки на основі ZrB2 показали, що додавання карбідів (VC, NbC, TiC, HfC, TaC, Mo2C, WC) та силіцидів (WSi2, MoSi2) призводить до взаємодії між компонентами. У випадку додавання силіцидів взаємодія відбувається з утворенням стабільного бориду добавки (WB, MoB). При додаванні карбідної складової взаємодія відбувається, у першу чергу, із оксидами (ZrO2, B2O3), які знаходяться на поверхні дибориду цирконію, що призводить до утворюється ZrC та бориду добавки. Здатність до відновлення оксидів зростає в ряді VC > NbC > TiC > HfC > TaC > Mo2C > WC. Результати термодинамічних розрахунків підтверджено експериментальними дослідженнями. У роботі методом гарячого пресування отримували композити на основі дибориду цирконію з добавками Cr3C2, CrB2, Mo2C, MoSi2, WC, WSi2, W2B5 у кількості 3–20 об.%. У результаті вивчення структури композиційних матеріалів показано, що додавання вже 5 об.% карбіду (Cr3C2, Mo2C, WC) активує процес спікання за рахунок взаємодії між компонентами з утворенням нових тугоплавких сполук. Карбідні добавки (Cr3C2, WC, Mo2C), які безпосередньо вводились у шихту, відсутні в структурі отриманого матеріалу. Натомість, за рахунок реакції взаємодії карбіду із оксидом цирконію, який виступає в ролі домішки, утворюються тверді розчини на основі карбіду цирконію, які є найбільш термодинамічно стабільними фазами. При додаванні силіцидних добавок (WSi2 чи MoSi2) спостерігається утворення WB чи MoB, SiC та легкоплавких прошарків на основі SiO2. При додаванні CrB2 чи W2B5 утворюються тверді розчини на основі ZrB2. Незалежно від виду добавки на границі зерен дибориду цирконію відбувається утворення твердих розчинів на його основі з формуванням структури ядро-оболонка, що підтверджено за мікрорентегноспектральним аналізом (МРСА) та методами рентгенівської дифракції (РФА). Міцність кераміки ZrB2–тугоплавка сполука при кімнатній температурі становила 500–600 МПа. При підвищенні температури випробування до 1800 °С міцність матеріалів знижується до 180 МПа у випадку силіцидних добавкок (MoSi2, WSi2), у той час як при введенні карбідних добавок (Mo2C, WC) міцність становить від 240 до 600 МПа. Така різниця пов’язана із структурою та фазовим складом: у матеріалах із силіцидними добавками на границях зерен присутні легкоплавкі фази, а додавання карбідів зменшує їх кількість та сприяє утворенню більш тугоплавких сполук ZrC, MeB (MoB, WB) на границях зерен, що ускладнює рух тріщини під час руйнування. Встановлено залежність стійкості до окиснення від вмісту добавки для композиційних керамік систем ZrB2–MeC та ZrB2–MeВ2 Оптимум корозійної стійкості кераміки досягається при ~5 об.% добавки MeC або MeВ2. Менший вміст добавки не дозволяє повністю ущільнити матеріал, більший вміст (від 5 об.%) призводить до утворення кратерів та тріщин в окалині за рахунок нижчої стійкості до окиснення добавки Cr3C2, CrB2, Mo2C,WC чи W2B5. Силіцидні добавки підвищують стійкість до окиснення кераміки на основі ZrB2 за рахунок утворення на поверхні стабільного боросилікатного скла, що забезпечує нормальну роботу композиту при температурі 1500 °С протягом 50 год. При введені до дибориду цирконію добавок карбідів (Mo2C, WC) чи боридів (CrB2, W2B5) на поверхні композитів не утворюється захисна плівка, тому вони можуть працювати при температурі 1500 °С до 5 год. У роботі апробовано ідею про створення кераміки на основі дибориду цирконію з високими показниками жаростійкості та жароміцності за рахунок одночасного введення добавок силіциду молібдену (MoSi2), як найбільш жаростійкого компонента, та карбіду вольфраму (WC), як найбільш жароміцного. Виявлено, що в процесі отримання композиційних матеріалів системи ZrB2–MoSi2–WC відбувається хімічна взаємодія між компонентами, що призводить до утворення нових фаз (Mo, W)B, (Zr, Mo, W)B2 та присутність оксидів ZrO2 та SiO2). Встановлено, що вміст 15 об.% MoSi2 у композиті ZrB2–MoSi2–WC забезпечує стійкість до окиснення (10 мг/см2 ), але при цьому зменшує жароміцність (145 ± 35 МПа). У результаті зменшення вмісту MoSi2 до 7,5 об.% жароміцність підвищується (175 ± 28 МПа), однак це призводить до погіршення жаростійкості (15 мг/см2 ). Вміст 5 об.% WC не призводить до повного очищення матеріалу ZrB2–MoSi2–WC від оксидних фаз, а тому не вдається забезпечити необхідний рівень високотемпературної міцності (>300 МПа). Для отримання композиційної кераміки на основі ZrB2 з одночасно високою стійкістю до окиснення та високою жароміцністю більш перспективною є система ZrB2–15 об. % SiC із карбідними добавками. Так як ZrB2–15 об. % SiC володіє відносно високою стійкістю до окислення. Карбід кремнію не взаємодіє із компонентами карбідних добавок та дибориду цирконію, тому структурно-фазовий склад композиційної кераміки ZrB2–15 об. % SiC із карбідними добавками (Cr3C2, Mo2C, WC, HfC, TaC) подібний до композитів подвійних систем ZrB2–MeC. Основними фазами розроблених композиційних матеріалів на основі дибориду цирконію є: MeB та тверді розчини на основі карбіду цирконію і бориду цирконію (Zr, Me)B2. Показано, що під час гарячого пресування розчинність металу в ZrB2 зменшується в ряду: W > Mo > Ta > Hf, що підтверджується мікрорентгеноспектральним та рентгенівським аналізами. Міцність на згин композиційної кераміки ZrB2–15 об.% SiC–5 об.% MeC (Cr3C2, WC, Mo2C, HfC, TaC) при кімнатній температурі становить 400–600 МПа. Високотемпературна міцність композиційної кераміки при температурі 1800 °С зростає у ряду: WC (674 ± 52 МПа) > HfC (336 ± 25 МПа) > TaC (308 ± 19 МПа) > Mo2C (193 ± 23 МПа). Вивчення поверхні зламів показало, що для композитів ZrB2– 15 об.% SiC–5 об.% Мо2С характерною є значна пластична деформація зерен при руйнуванні. У випадку введення добавок TaC чи HfC до ZrB2–15 об.% SiC відбувається переважно інтеркристалітне руйнування композитів з зниженою (<30%) долею транскристалітного руйнування. Для системи ZrB2–15 об.% SiC–5 об.% WC спостерігається найбільша частка транскристалітного руйнування, що вказує на підвищення зернограничної міцності. Вивчення структурно-фазового складу композитів у комплексі з фрактографічними дослідженнями поверхні зламу дозволили зробити припущення про визначальну роль вольфрам-вмісних сполук у забезпечення високотемпературної міцності композитів на основі дибориду цирконію. Висока високотемпературна міцність кераміки ZrB2–15 об.% SiC–5 об.% WC забезпечується очищенням границь зерен від оксидів та утворенням (Zr, W)B2 на границях зерен за рахунок взаємодії під час гарячого пресування. Дослідження жароміцності модельного композиту ZrB2–15 об.% SiC–5 об.% W2B5 (489 ± 85 МПа при Т = 1800 °С) підтвердили визначальний вплив утворення (Zr, W)B2 на границях зерен у забезпеченні високої жароміцності при високих температурах. Композит ZrB2–15 об.% SiC–5 об.% WC має вищу міцність порівняно з ZrB2–15 об. % SiC–5 об.% W2B5 за рахунок меншої кількості кисню у матеріалі (~0,5%), що пояснюється здатністю WC до відновлення оксидів (ZrO2 та B2O3). Додаткова термічна обробка у вакуумі перед гарячим пресування за температури 1600 °С дозволяє знизити вміст кисню в композиті ZrB2–15 об.% SiC–5 об.% WC до 0,1%, внаслідок чого вдається підвищити міцність до 797 ± 45 МПа. Встановлено, що введення добавок карбідів (Мо2С, WC, TaC, HfC) до композиту ZrB2–15 об.% SiC призводить до зміни механізму окиснення, що підвищує стійкість до окиснення до рівня найбільш жаростійкого композиту ZrB2–15 об.% MoSi2. Під час окиснення кераміки формується трирівнева окалина: верхній шар – на основі B2O3–SiO2, середній – на основі ZrO2 та нижній – збіднений на бор та кремній. На початковій стадії окиснення відбувається взаємодія кисню із оболонкою (Zr, Me)B2 навколо зерен дибориду цирконію. У випадку оболонки (Zr, Ta)B2 у першу чергу відбувається утворення дрібнозернистих оксидів на основі оксиду танталу, оскільки окиснення бориду танталу є більш енергетично вигідною реакцією порівняно з окисненням бориду цирконію (товщина окалини 75 ± 6 мкм). У випадку оболонок (Zr, Мо)B2 або (Zr, W)B2 окиснення відбувається одночасно та супроводжується утворенням MoB і W, оскільки енергія активації рівна для добавки та дибориду цирконію (товщина окалини 134 ± 15 та 128 ± 12 мкм відповідно). Внаслідок взаємодії кисню з оболонкою (Zr, Hf)B2 утворюється більш стійка до окиснення оболонка із твердого розчину (Zr, Hf)O2 із ядром оксиду цирконію (товщина окалини 70 ± 8 мкм). Інші фази (ZrC, MeB та SiC) окиснюються до відповідних оксидів (ZrO2, MexOy, SiO2). У роботі встановлено, що фазовий склад окалини, який був сформований в перші хвилин окислення залишається не змінною під час довготривалого окиснення (до 50 год). Методами МРСА та РФА показано, що при розчинності іонів металів в B2O3–SiO2 із меншим атомним радіусом (Mo,W, Ta) призводить до формування тоншого шару за рахунок формування більш щільної структури скла на основі B2O3– SiO2 і, як наслідок, уповільнення процесу дифузії кисню в глибину матеріалу. Також під час довготривалої витримки збільшується кількість високотемпературної модифікації ZrO2. Тобто, відбувається формування високотемпературної окалини, яка значно знижує дифузію кисню в композиційну кераміку на основі ZrB2 і дозволяє використовувати її при температурі окиснення 1500 °С з витримкою 50 год. Показано, що технологія отримання, яка безпосередньо впливає на структуру, також впливає на стійкість до високотемпературного окиснення. У випадку використання технології вакуумного спікання розмір зерен більший, ніж при застосуванні технологій гарячого пресування та комбінованого гарячого пресування. В той же час товщина окалини на основі оксиду цирконію більша при використанні технології вакуумного спікання, що пов’язане із меншою товщиною боросилікатного скла, яке на початкових стадіях відіграє роль захисту від окиснення. Однак, стійкість до окиснення залишається на рівні між гарячепресованим матеріалом і матеріалом, отриманим комбінованою технологією. Так як даний клас високотемпературних матеріалів повинен повторно використовуватись, метою цього дослідження було визначення впливу високотемпературного окиснення на залишкову міцність кераміки. Показано, що залишкова міцність кераміки на основі дибориду цирконію залежить від температури окиснення та може становити 50% від початкового значення. У результаті досліджень показано, що на залишкову міцність впливає 3 основні параметри: однорідність окалини, її товщина та розмір зерен у сформованій окалині. Мінімальне значення залишкової міцності (~50 %) спостерігається в кераміці ZrB2–15 об. % SiC за рахунок формування неоднорідної окалини та тріщин у ній. Підвищення залишкової міцності до 70–80% базової кераміки ZrB2–15 об. % SiC можливе за рахунок введення Mo2C, WC, W2B5, що дозолить повторно використовувати кераміку після високотемпературного окиснення. Моделювання процесу окиснення дозволило встановити, що найважливішими параметрами, які визначають стійкість до високотемпературного окиснення, є: а) другий шар в окалині, де зниження дифузійної константи призводить до уповільнення дифузії кисню в глиб окалини і, відповідно, підвищує стійкість до окиснення, як це спостерігається у випадку утворення (Zr, Hf)O2; б) розмір зерна, при зменшенні якого збільшується його питома поверхня, яка призводить до того, що матеріал утворює більш стійкий боросилікатний шар на поверхні. Таким чином, для створення ультрависокотемпературної кераміки на основі дибориду цирконію із одночасно високими показниками жароміцності та жаростійкості необхідно: формувати структуру (ядро-оболонка) та зменшувати вміст кисню в матеріалі, що контролюється вибором активуючої добавки і технологічними параметрами отримання кераміки.
  • Item
    Термодинамічні властивості силіцидів і германідів рідкісноземельних металів
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-11-17) Горбачук Микола Петрович ; Gorbachuk N.P.
    Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 02.00.04–фізична хімія. Інститут проблем матеріалознавства ім.. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2016. Дисертація присвячена експериментальному дослідженню термодинамічних властивостей силіцидів і германідів лантаноїдів складу Ln5X3, LnX, LnX2-n в широкому інтервалі температур, встановленню закономірностей зміни цих властивостей в ізоформульних рядах і в залежності від вмісту неметалу в сполуці. Вперше проведено експериментальне дослідження теплоємності та ентальпії 29 силіцидів і германідів лантаноїдів в широкій області температур, визначено температури, ентальпії та ентропії фазових перетворень в них. На основі встановлених закономірностей розраховано термодинамічні характеристики для 42 експериментально недосліджених сполук. The Doctor of Science thesis by speciality 02.00.04 – physical chemistry. I.N. Frantsevich Institute for Problems of Materials Scieence NAS of Ukraine, Kiev, 2016. Dissertation is devoted to experimental study of thermodynamic properties of Lanthanoides silicides and germanides of Ln5X3, LnX, LnX2-n composition in wide temperature range, revealing of general regularities of these properties along the series of isostructural compounds end versus noumetal content in compounds. For the first time the of heat capacity and enthalpy of 29 rare earth silicides and germanides, were experimentally determined. The temperatures enthalpies and entropies of phase transitions of these compounds were calculated. Based on above regularities the values of thermodynamic properties of 42 compounds for which these data are absent.
  • Item
    Фазові рівноваги в подвійних і потрійних системах гафнію з тугоплавкими металами групи Платини
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-11-03) Крикля Людмила Сергіївна ; Kriklya L. S.
    Крикля Л. С. Фазові рівноваги в подвійних і потрійних системах гафнію з тугоплавкими металами групи Платини. — На правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 — фізична хімія. — Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ, 2016. Комплексом методів фізико-хімічного аналізу досліджено подвійні Нf–Ru, Нf–Rh, Нf–Os, Нf–Ir та потрійні Нf–Ru–Ir, Нf–Ru–Rh системи в повному інтервалі концентрацій. Вперше побудовано діаграми стану систем Нf–Ru–Ir(Rh), які представлено у вигляді проекцій поверхонь ліквідусу і солідусу на концентраційний трикутник, діаграм плавкості, реакційних схем, ізотермічних і політермічних розрізів. Заново побудовані діаграми стану систем Нf–Ru, Нf–Rh, Нf–Os і Нf–Ir. Поглиблено аналіз закономірностей будови діаграм стану подвійних і потрійних систем. Показано, що в утворенні проміжних фаз певної стехіометрії важливими є розміри атомів компонентів і електронна концентрація сполук, а визначальною — будова атомів компонентів. Характер фазових рівноваг у потрійних системах визначається термодинамічно стабільними фазами на основі сполук АВ і АВ3, а протяжність областей гомогенності фаз — будовою кристалічних ґраток фаз, розмірами атомів компонентів та будовою їх атомів (здатністю до стиснення). Вперше здійснено прогноз будови діаграм стану четверних систем за участю гафнію і тугоплавких металів групи Платини та обмежуючих потрійних систем Ru–Os–Rh, Ru–Os–Ir, Rh–Os–Ir і Ru–Rh–Ir; висловлено припущення щодо характеру фазових рівноваг в споріднених четверних системах з цирконієм і титаном. Отримані результати є надійним довідниковим матеріалом для розробки нових матеріалів і сплавів спеціального призначення за участю гафнію та тугоплавких металів групи Платини. Kriklya L. S. Phase Equilibria in the Binary and Ternary Systems of Hafnium with Refractory Platinum Group Metals. – Manuscript. The Doctor of Philosophy (PhD) thesis by speciality 02.00.04 – physical chemistry. Frantsevich Institute for Problems of Materials Science NAS of Ukraine, Kyiv, 2016. Using complex of physico-chemical analysis techniques the binary Нf–Ru, Нf–Rh, Нf–Os, Нf–Ir and the ternary Нf–Ru–Ir, Нf–Ru–Rh systems are studied in the whole ranges of compositions. Phase diagrams of the Нf–Ru–Ir(Rh) systems are constructed for the first time. They are represented in the view of liquidus and solidus surfaces projections, melting diagrams, reactions schema (Scheil diagrams), isothermal and vertical sections. Phase diagrams of the systems Нf–Ru, Нf–Rh, Нf–Os and Нf–Ir are renewed. Analysis of phase diagrams constitution regularities for these binary and ternary systems is deepened. It is shown that in formation of intermediate phases of the certain stoichiometries the atomic sizes and electronic concentration are important factors, and constitution of the components atoms is the determinative factor. The character of phase equilibria in the ternary systems is formed by the thermodynamically stable АВ- and АВ3-phases, extensions of the homogeneity ranges of the phases depend on the sizes of the components atoms, crystal structures of the phases and on constitution of the components atoms. Prognosis of constitution of the quarternary systems phase diagrams with participation of hafnium and refractory platinum group metals and of the boundary ternary Ru–Os–Rh, Ru–Os–Ir, Rh–Os–Ir and Ru–Rh–Ir is carried out; it is supposed about the character of phase equilibria in the relative quarternary systems with zirconium and titanium. The obtained results serve as the reliable handbook data for development of new materials and of special alloys with participation of hafnium and refractory platinum group metals.
  • Item
    Фазові рівноваги в потрійних системах Al–Ti–Pd та Al–Ti–Pt
    (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, 2016-10-27) Заїкіна Олександра Вікторівн ; O. V. Zaikina
    Заїкіна О. В. Фазові рівноваги в потрійних системах Al–Ti–Pd та Al–Ti–Pt. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 – фізична хімія. – Інститут проблем матеріалознавства імені І. М. Францевича НАН України, Київ, 2016. Комплексом методів фізико-хімічного аналізу досліджено фазові рівноваги в потрійних системах Al–Ti–Pd та Al–Ti–Pt в області складів від 0 до 50% (ат.) Pn при високих температурах. Вперше побудовано проекції поверхонь солідуса та ліквідуса, діаграми плавкості та реакційні схеми за Шайлем, ізотермічні перерізи при 1100 С для обох систем, а також при 930 С для системи Al–Ti–Pd. Підтверджено існування в обох системах відомих з літератури трьох потрійних фаз – τ1, τ2 та τ3. В системі Al–AlPt–TiPt–Ti вперше, на додаток до трьох уже відомих, знайдено вісім потрійних сполук: τ4, τ5, τ6, τ7, τ8, τ9, τ10 та τ11. Всі вищезгадані фази кристалізуються за участю рідини, лише фази τ10 та τ2 (в системі Al–Ti–Pd) утворюються в твердому стані. Встановлено реакції утворення потрійних фаз. Вперше ідентифіковано структуру фаз τ4, τ5 та τ6 Проведено порівняльний аналіз власних експериментальних та літературних даних стосовно особливостей фазоутворення в системах Al–Ti–dM VIII (де dM VIII = Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt). O. V. Zaikina. Phase equilibria in the Al–Ti–Pd and Al–Ti–Pt ternary systems.– Manuscript. The Doctor of Philosophy (PhD) thesis by speciality 02.00.04 – physical chemistry. – Frantsevich Institute for Problems of Materials Sciences, NAS of Ukraine, Kyiv, 2016. Phase equilibria of the Al–Ti–Pd and Al–Ti–Pt systems were investigated by methods of physico-chemical analysis in the compositional range between 0 and 50 at.% Pn (Pn Pd,Pt) at a wide range of temperatures. The solidus and the liquidus projections, the melting diagrams and the corresponding reaction schemes as well as isothermal sections at 1100 С for both systems and at 930 С for the Al–Ti–Pd system were constructed for the very first time. The existence of the τ1, τ2 and τ3 known from literature were confirmed for both Al–Ti–Pd and Al–Ti–Pt systems. In the Pt-low region of the Al–Ti–Pt system the existence of eight ternary compounds τ4, τ5, τ6 τ7, τ8, τ9, τ10 та τ11 were revealed for the first time. All the above mentioned phases are crystallized from liquid, only the τ10 and τ2 (of the Al–Ti–Pd system) phases are formed in solid state. The corresponding temperatures and ways of crystallization were determined. The crystal structures of the τ4, τ5 were τ6 were determined by a combination of the crystal structure solution methods. A comparative analysis of own experimental data and those from literature was carried out in order to define peculiarities of the phase formation in the Al–Ti–M VIIIB (MVIIIB = Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Os, Ir) systems.