Розроблено технологічні методики, виготовлено і досліджено зразки керамічних надпровідникових мішеней YBa_2Cu_3O_7-delta, (Pb_xBi_1-x)_2Ca_2Sr_2Cu_3O_y, Tl_2Ca_2Ba_2Cu_3O_y, що характеризуються високим вмістом надпровідної фази, близькою до рентгенівської густиною та задовільними значеннями критичних параметрів.

Розглянуто розроблену екологічно прийнятну технологічну методику одержання Tl-вмісної ВТНП кераміки, що містить 95 % мас. фази 2223 та динаміку структурних і фазових перетворень у процесі синтезу. Методами піролізу аерозолів та пульверізації суспензій одержано та досліджено плівкові покриття Bi-2212, Bi-2223, Y-123 та Tl-2212, Tl-2223 відповідно.

Представлены результаты исследования процесса формирования сверхпроводящих соединений между блоками плавленой текстурированной керамики на основе <$E roman {YBa sub 2 Cu sub 3 O} sub {7- delta}> с использованием в качестве вспомогательного материала (припоя) порошкообразного соединения <$E roman {TmBaCu sub 3 O} sub {7- delta}>. Оптимальные свойства - плотность критического тока через сверхпроводящее соединение и материал, равную <$E 34~roman {кА "/" см} sup 2> в нулевом магнитном поле при 77 К, прочность на изгиб 28 - 32 МПа, микротвердость шва и материала при нагрузке на индентор Виккерса 1,96 H, соответственно, <$E 4,57~symbol С~0,82> ГПа и <$E 4,82~symbol С~0,45> ГПа - получены в результате быстрого нагрева до температуры <$E 1~010~symbol Р>C и охлаждения (исключая ступень текстурирования при плавлении). Модельные эксперименты с использованием колец из сверхпроводящего материала и изучение сверхпроводящих характеристик (зависящих от силы пиннинга) с применением различных методик позволяют сделать вывод о достоверности полученных результатов.

Рассмотрены закономерности синтеза в условиях высоких давлений и температур высокоплотных наноструктурных сверхпроводящих материалов на основе MgB2 и процессы получения неразумных сверхпроводящих соединений между блоками плавленой текстурированной керамики на основе <$E roman {YBa sub 2 Cu sub 3 O} sub {7- delta}>. Уровень сверхпроводящих и механических характеристик полученных материалов и соединений делает их перспективными для использования в криогенных устройствах, работающих на принципах левитации при температурах 20 K (температура кипения жидкого водорода) и 77 K (температура кипения жидкого азота).

Представлены результаты исследования инжекционного литья термопластичных масс на основе нитрида алюминия и парафина. Изучено влияние параметров литья на физико-механические свойства материалов на основе нитрида алюминия с добавкой оксида иттрия. Методом инжекционного формования получен плотный материал с трещиностойкостью 3,0 - 3,1 <$E roman {МПа~cdot~м} sup {1 "/" 2}> и пределом прочности при изгибе 280 - 320 МПа. Показано, что уровень физико-механических свойств керамики на основе AlN, полученной по технологии инжекционного формования, зависит от соотношения основных параметров процесса литья: давления, температуры и вязкости термопластичной массы.

Впервые показана возможность насыщения при высокой (800 <$E symbol Р>C) температуре и относительно низком (16 МПа) давлении кислорода структуры <$E roman {YBa sub 2 Cu sub 3 O sub {7 - delta}}> (Y123) кислородом до <$E 7~-~delta~symbol Ы~6,9> атомов (что обеспечивает максимальную температуру перехода в сверхпроводящее состояние этого соединения). Это отличается от общепринятых представлений о равновесии в данной системе. Установлено, что насыщение кислородом ПТ-YBCO при повышенных давлениях и высоких температурах приводит к уменьшению времени насыщения, а также к уменьшению количества трещин и увеличению плотности двойников в материале, что положительно влияет на плотность критического тока и механические характеристики керамики. Экспериментально показано, что двойники в большей степени ответственны за достижения высокой плотности критических токов <$E j sub c> и полей необратимости в ПТ-YBCO керамике. В случае большой (<$E 10 sup 12~roman см sup -2>) плотности дислокаций, но малой (0 - 1 <$E roman мкм sup -1>) плотности двойников в структуре Y123, критический ток оказался на порядок меньшим, чем в случае большой плотности двойников (22 <$E roman мкм sup -1>) и отсутствия дислокаций и дефектов упаковки. Установлено, что плотность двойников и микротрещин (параллельных плоскости ab) в структуре фазы <$E roman {YBa sub 2 Cu sub 3 O {7 - delta}}> зависит от размера включений <$E roman {Y sub 2 BaCuO sub 5}> и характера их распределения, что, в свою очередь, определяется используемыми исходными материалами. Разработан процесс насыщения кислородом тонкостенной (сотовой) ПТ-YBCO керамики в условиях контролируемого его давления от 0,5 кПа

до 16 МПа при температурах 900 - 800 <$E symbol Р>C, позволяющий достичь рекордно высоких значений <$E j sub c> и удвоить величину захваченного магнитного поля, как по сравнению с массивной ПТ-YBCO керамикой, насыщенной кислородом при тех же условиях, так и по сравнению с тонкостенной ПТ-YBCO, насыщенной кислородом при атмосферном давлении при оптимальной температуре.

Экспериментально изучены фазовые равновесия в тройной системе Mg - MgO - B при давлении 2 ГПа с использованием методов термобарической обработки и последующей закалки, рентгеновского анализа и сканирующей микроскопии. Исследован состав кислородсодержащих фаз, образующихся в системе Mg - MgO - B в условиях высоких давлений и температур. Синтезированы материалы со значительным содержанием фазы MgB12 (более 50 % общего объема), изучены их механические свойства и сверхпроводящие характеристики. Материалы со значительным содержанием фазы MgB12 имеют высокие значения микротвердости и модуля Юнга, сопоставимые с таковыми для сапфира. Сверхпроводящие характеристики таких материалов близки к характеристикам MgB2.

Синтезированы тройные карбиды из смеси порошков Ti, Al и C, взятых в стехиометрическом соотношении 3/1,2/2, в условиях высоких квазигидростатических давлений и температур. Двухстадийный синтез с использованием высоких давлений (1 - 2 ГПа) и температур и последующий гомогенизирующий отжиг позволяют увеличить количество МАХ-фазы в образцах и плотность материала. Материал, полученный под давлением 2 ГПа (1200 <$E symbol Р>C) и отожженный в атмосфере аргона, содержал, % (по массе), 94,3 Ti3AlC2, 4,3 TiC, 1,4 Al2O3. Его плотность составляла 4,27 г/см<^>3, а микротвердость по Виккерсу - 3,3 ГПа (при нагрузке 4,9 Н).

Изучение материалов на основе МАХ-фазы Тi3АlС2, содержащих включения карбида титана, показало, что с увеличением содержания последнего от 2 до 99 % (по массе) нанотвердость и модуль Юнга увеличивались от <$E 2,0~symbol С~0,4> до <$E 23,6~symbol С~1,2> ГПа и от <$E 137~symbol С~21> до <$E 447~symbol С~11> ГПа соответственно. Показатель степени в уравнении ползучести для этих образцов находится в пределах от 104 до 140, что свидетельствует о слабой зависимости механических свойств материалов, а следовательно и МАХ-фазы Тi3АlС2, от скорости деформации. Для образцов, состоящих в основном из МАХ-фазы Тi3АlС2, наблюдали образование широких петель гистерезиса при повторном нагружении/разгрузке индентора. Это указывает на большие потери упругой энергии при циклическом деформировании и, следовательно, на перспективность применения Тi3АlС2 в качестве демпфирующего материала.

Получены и исследованы перспективные переходы Джозефсона вида MgB2 - оксид - Mo - Re-сплав, Mo - Re-сплав - оксид - Pb и Mo - Re-сплав - нормальный металл - оксид - нормальный металл - Mo - Re-сплав. Тонкие (50 - 100 нм) Mo - Re-сверхпроводящие плёнки осаждались на Al2O3 подложки с использованием dc-магнетронного метода распыления Mo - Re-мишеней. Тонкие (50 - 100 нм) MgB2-сверхпроводящие плёнки осаждались на Al2O3-подложки методом электронно-лучевого испарения бора и термического соиспарения магния. Тонкие плёнки нормальных металлов (Sn, Al, Mg) осаждались на поверхность Mo - Re-плёнок путём термического испарения металлов в вакууме и затем окислялись с целью создания оксидных барьеров создаваемых переходов Джозефсона. Экспериментально измерялись квазичастичные вольтамперные характеристики (ВАХ) создаваемых переходов в широком диапазоне напряжений. Для исследования функций распределения прозрачностей барьеров создаваемых переходов выполнялось компьютерное моделирование измеряемых квазичастичных ВАХ в рамках модели многоразовых андреевских отражений в двойных интерфейсах переходов. Продемонстрировано, что исследуемые переходы могут быть описаны как сильно несимметричные двухбарьерные переходы Джозефсона с сильно отличающимися по прозрачности барьерами. Обсуждены результаты сравнения экспериментальных и рассчитанных квазичастичных ВАХ.

Установлено, что текстурированные керамические материалы <$E roman {YBa sub 2 Cu sub 3 O} sub {7- delta}> при насыщении кислородом в условиях повышенного (до 10 - 16 МПа) давления и высоких (700 - 900 <$E symbol Р>C) температур за относительно короткое (72 ч) время достигают рекордного уровня сверхпроводящих и механических свойств. Это объясняется формированием наноструктуры из двойников, служащих центрами пиннинга вихрей несверхпроводящей фазы (плотность двойникования ~ 20 - 35 мкм<^>-1), а также образованием значительно меньшего количества микротрещин (<< 0,2 мкм<^>-1) и предотвращением формирования макротрещин.

Кратко рассмотрены области применения функциональных и конструкционных керамических материалов на основе нитрида алюминия (AlN). Приведены технологические схемы получения в ИСМ материалов из нанодисперсных и микропорошков AlN, их свойства и результаты практического использования элементов из нитридо-алюминиевой керамики, которая по свойствам находится на уровне материалов мировых производителей. Последнее подтверждается применением этих материалов в новых приборах, разработанных на предприятиях Украины, Беларуси и Российской Федерации.

Изучение стойкости к окислению на воздухе методами термогравиметрии и дифференциального термического анализа показало, что высокоплотные образцы Ti3AlC2 более стабильны, чем Ti2AlC и твердые растворы Ti2AlC1-xNx, причем, при увеличении азота в составе твердых растворов (до x = 0,75), стойкость к окислению снижается. Материал, содержащий 89 % (по массе) Ti3AlC2 (остальное Al2O3 и TiC), плотностью 99 % от теоретической имел прочность при изгибе Rbm = 500 МПа, при сжатии Rcm = 700 МПа, трещиностойкость KIc = 10,2 <$E roman {МПа~cdot~м} sup 0,5>, твердость HRA = 70 ГПа, HV = 4,6 ГПа, модуль Юнга - 149,4 ГПа. После спекания МАХ-фазы Ti3AlC2 с алмазами или c-BN (50 % (по массе)) в термобарических условиях при 5,5 - 7,7 ГПа и 1350 - 1960 C в течение 0,07 - 1,0 ч она распадается с образованием TiC и TiAl или TiB2, а на границе раздела с алмазами формируется тонкий слой Al4C3. Разложение Al4C3 в композиционном материале в результате взаимодействия с влагой воздуха приводит к образованию трещин по периметру алмазов, что вызывает полное разрушению материала в течение 1 - 2 недель. Порошок Ti3AlC2 оказался эффективным для финишного полирования ювелирных природных и синтетических кристаллов и конкурентоспособным по отношению к алмазам марки ACM 2/1 по производительности и качеству обработки.

Приведены результаты исследования структуры, фазового состава, рельефа и сверхпроводящих характеристик кислородосодержащих тонких пленок диборида магния (MgB2), осажденных на диэлектрическую подложку посредством магнетронного распыления диборид-магниевых мишеней. Показана возможность формирования в процессе осаждения и отжига пленок различной степени кристаллического совершенства и фазового состава в зависимости от условий осаждения и отжига. В пленках возможна реализация различных комбинаций центров пиннинга зихрей Абрикосова (в местах флуктуаций критической температуры сверхпроводящего перехода (<$Edelta T sub c>-тип) и в местах флуктуаций длины свободного пробега (<$Edelta l>-тип)), на возникновение и плотность которых влияют условия синтеза пленок. Показано, что осажденные пленки состоят из сверхпроводящей матрицы, представляющей собой твердый раствор кислорода в решетке диборида магния типа MgBxOy; при этом плотность сверхпроводящего критического тока пленок может достигать значений <$E1,8~cdot~10 sup 11 ~-~8,2~cdot~10 sup 10> А/м<^>2 при 10 К и <$E8~cdot~10 sup 10 ~-~2,8~cdot~10 sup 10> А/м<^>2 при 20 К в полях 0 - 1 Тл (при ориентации внешнего магнитного поля перпендикулярно плоскости подложки).

Обоснована целесообразность применения полировальных суспензий из алмазных микропорошков, порошков нитрида бора и МАХ-фазы Ті3АlС2 при исследовании закономерностей полирования монокристаллического карбида кремния и использовании в качестве критериев эффективности процесса обработки приведенной величины энергии переноса, плотности энергии переноса и плотности колебательной энергии, затрачиваемой на образование частиц шлама. В результате компьютерного моделирования микро- и нанопрофиля обработанной поверхности построены профилограммы, по которым определены значения параметров шероховатости и характерные соотношения, связывающие их с наиболее вероятным размером частиц шлама.

Приведен анализ сверхпроводящих свойств массивных материалов на основе диборида магния, полученных путем нагрева при высоких квазигидростатических давлениях (1 - 2 ГПа) методами горячего прессования (30 МПа), электроспекания под давлением (16 - 96 МПа) и свободного спекания. Показано, что оптимизация распределения примесей в MgB2 достигается путем варьирования условий синтеза и введением легирующих добавок. В частности, в синтезированных при 2 ГПа поликристаллических MgB2 материалах с большим количеством примесного кислорода получены высокие плотности критического тока (10<^>6 и 10<^>3A/cм<^>2 в магнитных полях 1 и 8,5 Тл при температуре 20 К). Установлено, что примесный кислород в основном локализован в гомогенно распределенных в матрице нанослоях или нановключениях, которые являются центрами пиннинга, причем сама MgB2 матрица также содержит небольшое количество растворенного кислорода. Примесный или специально добавленный углерод, входя в структуру диборида магния, приводит к росту критических магнитных полей до значений Bc2(22 К) = 15 Тл и Birr(18,5 К) = 15 Тл. Приведены результаты первопринципных расчетов электронной структуры и стабильности соединений на основе диборида магния при условии частичного замещения бора кислородом или углеродом, на основе которых показано, что углероду выгоднее распределяться в структуре MgB2 гомогенно, а атомам кислорода выгоднее замещать бор попарно в ближайших позициях или формировать зигзагообразные цепочки.

С использованием масочной технологии путем вакуумного осаждения были созданы и исследованы близостные MgB2 - Al - Al2O3 - MoRe переходы и резонансно-перколяционные MgB2 - Si(W) - MoRe переходы Джозефсона на основе тонких пленок диборида магния MgB2. Повышенные значения характеристического напряжения ICRN = 30 - 38 мВ созданных переходов Джозефсона MgB2 - Si(W) - MoRe позволяют улучшить чувствительность двухконтактных СКВИДов в несколько раз за счет увеличения коэффициента преобразования магнитный поток - напряжение.

Представлены результаты исследования структуры и механических свойств горячепрессованных материалов на основе AlB12C2. Показано, что консолидированные материалы с механическими свойствами, сопоставимыми с карбидом бора, можно получить при существенно более низких (на 270 - 300 <$E symbol Р>C) температурах спекания. Установлено, что скорость нагрева при прессовании влияет на стехиометрию матричной фазы, имеющей структуру AlB12C2, а также на количество и стехиометрию примесной фазы, содержащей Al, B, O, что обусловливает разницу в механических свойствах материалов (снижение скорости нагрева приводит к незначительному снижению твердости материала и росту трещиностойкости).

Исследована структура и механические свойства материалов на основе <$Ealpha - roman AlB sub 12> (50 - 150 нм, удельная поверхность - 21 - 15 м<^>2/г) без добавок, с добавками C и TiC, спеченных в условиях высоких (2 ГПа) давлений и методом горячего прессования (30 МПа) в контакте с гексагональным BN. Получены легкие материалы с высокими значениями твердости, трещиностойкости, пределами прочности при изгибе и сжатии. Добавление 17 % (по массе) C к <$Ealpha - roman AlB sub 12> и спекание при 30 МПа позволило достичь трещиностойкости <$Eroman {K sub Ic (49~H)~=~5,9~symbol С~1,4~МПа~cdot~м sup 0,5}>, твердости <$Eroman {H sub V (49~H)~=~23,6~symbol С~2,8}> ГПа, прочности при изгибе Rbm = 310 МПа и сжатии Rcs = 423 МПа, а удельный вес составлял <$Egamma~=~2,7> г/см<^>3. Добавление 20 % (по массе) TiC к <$Ealpha - roman AlB sub 12> и спекание при 30 МПа привело к образованию <$Eroman {AlB sub 12 C sub 2 }> и TiB2, росту твердости <$Eroman {H sub V (49~H)~=~28,9~symbol С~1,9}> ГПа, Rbm = 633 МПа, Rcs = 640 МПа и к некоторому росту <$Egamma~=~3,2> г/см<^>3, при этом <$Eroman {K sub Ic (49~H)~=~5,2~symbol С~1,5~МПа~cdot~м sup 0,5}>.

Экспериментально исследованы в интервале температур 15 - 300 К электро- и теплопроводность образца, содержащего 96 % MAX-фазы Ti3AlC2 и 4 % TiC. Максимум теплопроводности наблюдается около 75 К. При увеличении температуры доля фононного теплопереноса уменьшается от ~90 % при низких температурах до ~40 % вблизи комнатной температуры.