№ 5 (2025)

В работе исследованы плотности и статистико-геометрические характеристики случайных упаковок правильных многоугольников (с числом углов от 3 до 21) на плоскости. Начальный ансамбль генерировали методом случайной последовательной адсорбции (random sequential adsorption, RSA). Предложен алгоритм уплотнения (densification) упаковки, который является модификацией способа Любашевского–Стиллинджера (Lubachevsky-Stillinger, LS). Конечный ансамбль получали путем поэтапного увеличения линейных размеров двухмерных частиц при фиксированной плотности квадратного «бокса». Статистико-геометрические характеристики и плотность упаковки конечного ансамбля (при заданном числе углов полигонов) для данного алгоритма практически не зависят от количества частиц (при их общем числе порядка 10⁴и более). Получены данные о парных корреляционных функциях, проанализированы закономерности их эволюции в широком диапазоне плотностей упаковки ансамбля. При плотности (доле площади, занятой частицами), превышающей 0.65–0.70 в указанных функциях возникают характерные особенности, указывающие на структурный переход, аналогичный стеклованию (glass transition) в системе жестких дисков. Дальнейшее уплотнение приводит к частичной «кристаллизации», которая (при плотностях выше 0.80) хорошо заметна как на визуализированных изображениях самого ансамбля, так и на графиках корреляционных функций. В целом эволюция корреляционных функций жестких дисков и полигонов (особенно при числе углов, большем 6) демонстрирует ряд общих закономерностей. Данные этой работы хорошо согласуются с результатами других исследований, которые были получены с использованием кардинально других алгоритмов уплотнения (осаждение под действием гравитационной силы). Это позволяет сделать вывод о том, что различные алгоритмы получения случайных 2D-ансамблей, как правило, приводят в итоге к близким результатам. По-видимому, общие структурные особенности случайных двухмерных систем выпуклых частиц хорошо воспроизводятся при разных способах их генерации (включая компьютерное и «натурное» моделирование).

Зарегистрированы электронные спектры поглощения насыщенных растворов хлора в расплавленных хлоридах щелочных металлов в интервале от температуры плавления соли до 1000°С. Для регистрации спектров использовали спектрофотометр СФ-26, переоборудованный для высокотемпературных измерений. Осветитель был отделен от основного корпуса и между осветителем и монохроматором была помещена силитовая высокотемпературная печь с окнами. Для проведения экспериментов были использованы кварцевые оптические ячейки с толщинами поглощающего слоя 0.8, 1.0 и 1.5 мм. Самая тонкая кювета (0.8 мм) была использована для регистрации спектра растворенного хлора в расплавленном хлориде цезия, так как растворимость хлора в нем максимальна и, соответственно, оптическая плотность такого расплава тоже максимальна. Найдено, что во всех солях спектр поглощения состоит из единственной широкой полосы поглощения с максимумом в районе 26000–28000 см^-1. В диапазоне 13000–8000 см^-1поглощение практически отсутствует. С повышением температуры, а также при переходе от хлорида натрия к хлориду цезию, максимум поглощения сдвигается в область меньших энергий. Растворимость хлора в расплавленных солях увеличивается с повышением температуры, что указывает на эндотермичность процесса растворения. По величинам растворимости были рассчитаны термодинамические характеристики этого процесса. Для процесса растворения Cl₂в расплавленных хлоридах щелочных металлов характерно положительное изменение энтропии и энтальпии. Это указывает на растворение хлора не в виде простых молекул Cl₂, а скорее на образование их ассоциатов с ионами солевой среды. При повышении температуры и переходе в ряду солей-растворителей от NaCl к CsCl изменение энергии Гиббса смещается в сторону меньших (более отрицательных) значений, что соответствует увеличению растворимости хлора в том же направлении. И в этом же направлении увеличивается как физическая, так и химическая (образование ионов) составляющие общей растворимости газа. Сделан вывод о преобладающем химическом механизме растворения хлора в расплавленных хлоридах щелочных металлов.

Микронеоднородность жидкой стали марки 12Х18Н9ТЛ как сложнолегированного расплава понимали как локальную неоднородность элементного состава.Аномальное поведение температурных зависимостей кинематической вязкости и удельного электросопротивления расплава связывали с наличием в нем микронеоднородностей. Измерили температурные зависимости кинематической вязкости и удельного электросопротивления образцов стали 12Х18Н9ТЛ в жидком состоянии, отобранных на различных этапах технологического цикла. Измерения проводили в режиме нагрева и последующего охлаждения в интервале температур от 1400 до 1730°С. Отметили, что температурные зависимости кинематической вязкости расплава, полученные в режиме нагрева и охлаждения, совпадают во всем интервале температур. Обнаружили различие величин объема, приходящегося на структурную единицу вязкого течения υ, для всех изученных образцов. Минимальное значение объема структурной единицы вязкого течения υ получено для образца, отобранного после введения титана. Обнаружили расхождение температурных зависимостей удельного электросопротивления расплава, полученных в режиме нагрева и последующего охлаждения, что сопровождалось снижением температурного коэффициента удельного электросопротивления для всех изученных образцов.Наибольшее уменьшение температурного коэффициента удельного электросопротивления получили для образца, отобранного после первичного введения в расплавтитана, что свидетельствует о максимальном увеличении свободного объема у этого расплава, т.е. об увеличении расстояния между соседними атомами. Обращает внимание, что данный образец характеризовался наибольшей величиной переохлаждения при кристаллизации ΔТ. Полученные результаты свидетельствуют о том, что введение дополнительной технологической операции, заключающейся в дозагрузке печи и введении титана после первогослива для достижения требуемого элементного состава, приводит к увеличениюмикронеоднородности расплава и может быть причиной снижения качества готовой продукции. По результатам исследования даны рекомендациипо подготовкерасплава к литью и кристаллизации: с целью повышения качества отливок из стали 12Х18Н9ТЛ необходимо ограничиться разливкой первой плавкис отменой дозагрузки печи и введения титана после первого слива.

Припои с низкой температурой плавления необходимы для решения проблемы интеграции микросхем и надежности их упаковки, а также снижения тепловых нагрузок. Для разработки следующего поколения компонентов электронной техники необходимо развитие технологий получения низкотемпературных соединений. Эта проблема может быть решена созданием припоев, в том числе из высокоэнтропийных сплавов, отличающихся тем, что для них характерно образование твердых растворов. Эти материалы должны удовлетворять устойчивости к усталостным нагрузкам, проявлять пластичность, адгезию к другим металлическим материалам. Для снижения их токсичности необходимо исключить свинец, который обычно содержится в припоях. В настоящей работе приведены результаты расчетов температуры плавления, теплопроводности, размерного фактораδr, обобщенного термодинамического параметра Ω, электроотрицательности, концентрации валентных электронов (VEC), энтальпии, энтропии, энергии Гиббса смешения и других свойств и параметров для 56 вариантов пятикомпонентных сплавов эквиатомного состава из легкоплавких элементов: Al, Zn, Bi, Pb, Sn, In, Ga и Sb, в том числе, включая свинец. Для расчета использовалась программа HEAPS с учетом неточности в этой программе значений температур плавления олова, сурьмы, индия, которые отличаются от наблюдаемых. Уточнены значения VEC для In, Sn, Sb. На основании анализа расчетных данных выявлены составы потенциально высокоэнтропийных сплавов (ВЭС). Показано, что все сплавы, содержащие свинец, а также сплавы GaBiZnSnIn, GaBiZnSbIn и AlGaBiZnIn, не удовлетворяют значениям параметра δr. Для них возможно образование многофазных твердых растворов,интерметаллических соединений (ИМС) и объемно-аморфных металлических стекол. Оставшиеся варианты составов бессвинцовых ВЭС-припоев удовлетворяют большинству параметров и могут образовывать твердые растворы, причем только AlGaZnSnSb является однофазным, а все остальные – многофазными твердыми растворами. Накопленный сравнительно большой массив экспериментальных и теоретических данных может обеспечить уточнение критериев формирования структуры и свойства бессвинцовых ВЭС, востребованных на практике.

Современное развитие атомной промышленности требует решения задач переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), увеличения степени выработки ядерного топлива и отделения продуктов деления (ПД) от делящихся материалов (ДМ). Перспективным методом решения данных проблем является пирохимическая переработка ОЯТ, одной из стадий которой выступает оксидное осаждение. Из соображений безопасности исследования ведутся с использованием имитаторов ПД и ДМ, одними из которых являются лантаноиды церий и неодим. В работе было изучено растворение оксидов неодима (III) и церия (IV) в расплавах на основе хлорида лития. В расплаве LiCl-Li₂O при содержании Li₂O не более 4 мол.% растворимость оксида церия остается ниже предела обнаружения, а затем резко возрастает, достигая величины 8.4∙10^-3и 2.4∙10^-2мол.% при 5 и 9 мол.% Li₂O соответственно. В случае же с оксидом неодима величина его растворимости в расплаве LiCl-Li₂O линейно возрастает от 1.5∙10^-3мол.% при 2 мол.% Li₂O до 6.4∙10^-3мол.% при 9 мол.% Li₂O. Время достижения состояния насыщения при растворении оксида неодима в несколько раз меньше, чем время достижения состояния насыщения при растворении оксида церия (25 часов для Nd₂O₃против 145 часов для CeO₂). Для анализа механизмов растворения оксидов церия и неодима исследованы фазовые составы керамических таблеток этих оксидов после эксперимента и спектры оптического поглощения полученных расплавов. С учетом этих данных были предложены варианты механизма взаимодействия оксидов церия и неодима с расплавами LiCl-Li₂O (0–9 мол.%). Так, растворение оксида церия протекает по двухстадийному процессу с замедленным образованием промежуточных нерастворимых соединений церия с последующим их переходом в растворимые формы LiCeO₂(для Ce³⁺) и Li₂CeO₃(для Ce⁴⁺). Это обусловливает замедленную кинетику и нелинейную зависимость от содержания Li₂O. Оксид неодима взаимодействует с оксидом лития в расплаве, образуя растворимое соединение неодимат лития LiNdO₂.