Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году в составе работ по изучению процесса получения керамики на основе ZnSe, легированного железом, проведены следующие исследования и получены результаты: Исследовано влияние температурных режимов VHP на плотность, размер зерна и оптическую прозрачность керамики ZnSe, консолидированной из порошков, синтезированных методом CVD. Консолидация керамик проводилась при температурах 700–1050 °С в течении 1–7 часов при одноосном давлении 25 МПа. Для изоляции графитовых пуансонов испытывалось несколько материалов: графитовая фольга толщиной 0.35 мм, титановая фольга толщиной 0.1 мм и порошкообразный оксид алюминия. Полученные керамики подвергались HIP-обработке (980 °C, 90 МПа, 20 ч). Установлено, оптимальный диапазон температур для VHP лежит в пределах 750–850°C. Более низкие температуры, даже при длительных выдержках, не позволяют достичь плотности выше 97%, что является минимальной границей для увеличения прозрачности при HIP-обработке. Более высокие температуры, способствуют росту зерен и увеличивают вероятность химического взаимодействия селенида цинка с пресс-формой, что может привести к загрязнению или привариванию образцов к титановой фольге или порошку Al2O3  это в большинстве случаев вызывает разрушение керамик ZnSe. Применение графитовой изоляции по сравнению с титаном и оксидом алюминия приводит к максимальному вхождению углерода в спекаемый образец ZnSe. Загрязнение углеродом может способствовать снижению поверхностной диффузии и диффузии через газовую фазу, благодаря чему для достижения максимальной плотности в процессе VHP требуется меньшее время выдержки. С титановой фольгой загрязнение керамик ZnSe снижается, требуется большая выдержка. Применение оксида алюминия в качестве изолирующего материала демонстрирует лучшие результаты по сравнению с графитом и титаном. Снижая загрязнение компакта ZnSe углеродом и кислородом на стадии открытой пористости (что приводит к более однородной микроструктуре и минимизирует аномальный рост зерен), способствует более эффективному уплотнению по сравнению с изоляцией из титана. Показано, горячее изостатическое прессование керамик ZnSe эффективно устраняет поры на границах зерен и в тройных точках, что приводит к значительному улучшению прозрачности керамики. Однако HIP-обработка не уменьшает количество крупных пор (пустот) и агломератов. Проведена оценка факторов, влияющих на светопропускание керамики ZnSe. Пропускание в коротковолновой области спектра определяется особенностями распределения пор. Показано, значения оптического пропускания в этом диапазоне не коррелируют с относительной плотностью образцов. Обобщая данные о строении изученных керамик, можно выделить 3 группы микроструктур: мелкозернистая (размер зерна 5-8 мкм), крупнозернистая (размер 100-200 мкм) и структура вторичной рекристаллизации (диаметр зерен может отличаться на 1-2 порядка). Аномальный рост зерен сопровождается захватом пор кристаллитами, в результате удаление пор становится невозможным. Максимальным пропусканием во всех сериях обладали образцы с крупнозернистой микроструктурой. Рост и появление зерен с равновесными границами свидетельствуют о минимальном присутствии посторонних примесей. Формирование такого типа строения возможно как с использованием модифицированных размолом, так и исходных CVD-порошков ZnSe. Мелкозернистая структура характерна только для керамик, где применялся механический размол CVD-порошка. Показано, применение CVD-порошков ZnSe с модифицированным путем размола гранулометрическим составом, находящимся в субмикронных пределах, оптимально для спекания прозрачной керамики. Уменьшение среднего размера зерна возможно за счет увеличения продолжительности обработки, что сопровождается поступлением большего количества примесей, которые, образуя вторичные фазы, оказывают влияние на рост зерна, а также наряду с порами могут вносить вклад в рассеяние керамики ZnSe. Более того, большая поверхность порошка, может способствовать большему захвату примесей в процессе горячего спекания, основной из которых является углерод. Механизмом вхождения углерода является реакция диспропорцианирования CO внутри компакта на стадии открытой пористости. Элементный углерод обусловливает неселективные потери во всём диапазоне прозрачности материала и оказывает влияние на процессы спекания и рекристаллизации. Дальнейшее развитие технологии прозрачной керамики на основе ZnSe должно быть связано с проработкой устранения источников углерода при горячем прессовании, таких как графитовые пресс-формы, фольга, нагреватель, теплоизоляция, вакуумные насосы с масляной рабочей средой. Исследован процесс легирования CVD-порошков ZnSe в процессе их совместного размола с различными источниками железа: карбонильного железа, хлорида железа с добавлением серы, селенида железа. Согласно данным DLS анализа в присутствии легирующих добавок эффективность размола повышается по сравнению с CVD-порошком ZnSe без добавок. Консолидацию керамик Fe2+:ZnSe проводили в процессе двух различных циклов VHP (двухступенчатый 1000 °С, одноступенчатый 850 °С), для каждого из которых применялось две различные изоляции - графит и оксид алюминия. Выявлено, при одинаковых условиях получения в присутствии железа, независимо от вида источника допанта, происходит более эффективное спекание по сравнению с нелегированными порошками. Среди используемых добавок применение карбонильного железа позволяет добиться максимальных значений плотности образцов Fe2+:ZnSe. При одноступенчатом VHP относительная плотность керамики Fe2+:ZnSe с изоляцией из графита составила 99.6%, с оксидом алюминия – 99.1%. Публикации: 1. Natalia Timofeeva, Stanislav Balabanov, and Jiang Li A Review of Cr2+ or Fe2+ Ion-Doped Zinc Sulfide and Zinc Selenide Ceramics as IR Laser Active Media Ceramics 2023, 6(3), 1517-1530; https://doi.org/10.3390/ceramics6030094 2. С.С. Балабанов, Н.А. Тимофеева, Т.О. Евстропов, Д.Ю. Косьянов, А.В. Наумова, С.В. Филофеев «Оптическая керамика, полученная горячим прессованием порошка CVD-ZnSe» Журнал неорганической химии, 2024. Т. 69. №7. С. 1084-1092. DOI: 10.31857/S0044457X24070171 3. Н.А. Тимофеева, С.С. Балабанов, Т.О. Евстропов, А.В. Наумова, С.В. Филофеев, Р.С. Ковылин «Влияние условий горячего прессования CVD-порошка ZnSe на свойства оптической керамики»  принята к публикации в журнале «Стекло и керамика» 4. С.С. Балабанов, П.А. Попов, Н.А. Тимофеева, Т.О. Евстропов, В.Б. Иконников, А.В. Наумова, О.В. Тимофеев «Влияние условий получения на теплопроводность оптических поликристаллов селенида цинка»  принята к публикации в журнале «Контенант»