Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Настоящий проект направлен на решение научно-прикладной комплексной проблемы, связанной с разработкой и созданием новых технологий, позволяющих значительно ускорить процессы синтеза керамических материалов с высокими функциональными свойствами. Исследование способов сверхбыстрого нагрева материалов для синтеза и спекания люминесцентных керамик, а также выявление закономерностей влияния параметров и видов нагрева на их оптические свойства является ключевым для развития современных люминесцентных керамик. Разрабатываемый в ходе научно-инженерного проекта способ синтеза люминесцентных керамик на основе шпинели путем плавления смесей оксидов в термической плазме является принципиально новым подходом к изготовлению люминесцентных керамик, который позволил в значительной степени ускорить процесс синтеза шпинели c высокой концентрацией дефектов и, следовательно, сформировать центры свечения в люминесцентной керамике. Методом электродугового плазменного плавления были изготовлены образцы (более 50) люминесцентных керамик на основе алюмомагниевой шпинели с переменной концентрацией (0,01-1 вес.%) оксида хрома и марганца. Проведены дополнительные исследования по синтезу образцов с изменением технологических режимов плавления, в которых при постоянном расходе плазмообразующего газа варьировались сила тока (I = 100 ÷ 160 А) и время синтеза (t = 60 ÷ 120 c). Было установлено, что при плазменном плавлении не происходит значительных потерь массы образца (менее 2 %), что свидетельствует о преимущественной вовлеченности материала в процесс плавления. Небольшое увеличение потерь массы образцов при увеличении времени выдержки материала в процессе плавления от 5 до 30 с обусловлено испарением материала из-за локального перегрева его поверхности. Одной из научных проблем, являлось изучение влияния параметров плазменного разряда на фазовый состав, морфологию и свойства люминесцентных поликристаллических материалов. Нами были проведены исследования по установлению оптимальных условий синтеза, которые позволили достичь высокой степени кристалличности и однородности структуры материала, а также улучшить его функциональные свойства, такие как механическая прочность, термическая стабильность и оптические характеристики. Исследования по характеризации полученных образцов оксидных керамики были направлены на оценку морфологии, фазового состава, спектрально-люминесцентных свойств фото и катодолюминесценции, характеристического времени затухания люминесценции, определении эффективности преобразования излучения, оценки спектров оптического отражения, измерению температурных зависимостей люминесценции. Согласно результатам РФА полный выход MgAl2O4 достигается уже после 5 секунд синтеза, однако при этом не происходит полного плавления образца. В интервале от 5 до 10 с образец только начинает плавиться, в результате чего теряет свою целостность, форма становится неровной и сложной. При дальнейшем воздействии (15 с) плавление продолжается, образец принимает более округлую форму, но еще сохраняются неровные края. При 20 с образец принимает сферическую форму за счет сил поверхностного натяжения, появляются признаки полного плавления. В интервале от 25 до 30 с образец полностью расплавлен и имеет полусферическую форму Были установлены оптимальные концентрации оксидов хрома и марганца для MgAl2O4 керамики, позволяющие получить высокие значения эффективности преобразования излучения. Для керамики состава MgAl2O4:Cr2О3 оптимальной концентрацией определена 0.25 wt. % оксида хрома, для керамики состава MgAl2O4:MnO оптимальной концентрацией оксида марганца является 0.5 wt.%. Максимальная эффективность 7.2% достигается при времени синтеза 60 с и пиковом значении энергии 850 кДж. С увеличением подводимой энергии (за счёт увеличения времени синтеза и более высоких значений тока) наблюдается постепенное снижение эффективности ФЛ. Это свидетельствует о том, что с ростом подводимой энергии происходит перегрев материала, приводящий к разрушению люминесцентных центров, обусловленных ионами Mn2+. Полученные закономерности люминесцентных свойств от состава активаторов, температурных закономерностей и технологических режимов плавления будут использованы при исследовании возможности получения тонкослойных образцов оксидных керамик на следующем этапе проекта. Таким образом, выполнены все виды работ, которые были запланированы на первый год реализации проекта. Получены важные практические результаты, которые лягут в основу продолжения исследовательских работ посвященных формированию поликристаллических тонкослойных образцов оксидных керамик на основе матрицы MgAl2O4, активированной оксидом хрома (0.25 wt.% Cr2O3) и марганца (0.5 wt.% MnO), выбранных как наиболее оптимальные составы по результатам исследований, выполненных в 1 году выполнения проекта.