КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-29-00222
НазваниеРазработка научно-технических основ метода синтеза гексаборида лантана с использованием атмосферной плазмы дугового разряда
Руководитель Свинухова Арина Андреевна
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл
Конкурс №102 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-203 - Фазовые равновесия и превращения
Ключевые слова Гексаборид лантана, безвакуумный электродуговой метод, электронный эмиттер, синтез, электродуговая плазма
Код ГРНТИ29.19.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Ожидаемые результаты
Запланированы следующие результаты:
1.Будет разработана отечественная методика электродугового синтеза гексаборида лантана, реализуемая воздействием дугового разряда на шихту в открытой воздушной среде.
2.Будут определены зависимости характеристик продуктов синтеза от настраиваемых вольтамперных и других параметров (таких как длительность поддержания разряда электродуговой установки).
3.Будет определено соотношение масс исходных компонентов аморфного бора и оксида лантана La2O3, а также объем шихты, обеспечивающих доминирование фазы гексаборида лантана в продукте.
4. Будут получены объемные поликристаллические образцы гексаборида лантана, будут исследованы физико-химические характеристики и функциональные свойства материала.
Описанные выше результаты позволят получить готовый продукт, пригодный для изготовления катодных материалов с высокими эмиссионными характеристиками.
В настоящее в РФ проводится работа в области опережающего импортозамещения зарубежного оборудования. Ведется работа по созданию установок класса “Мега-саенс”, таких как СКИФ, РИФ, СИЛА и др. В этой связи необходимо развитие отечественных методов получения материалов, используемых в составе высокотехнологичной продукции. Соответственно, гексаборид лантана является важной составляющей для производства элементов передовой ускорительной техники, в том числе, термокатодов. Традиционные методы получения борида лантана малоэффективны (горячее прессование), требуют использования дорогостоящего оборудования, характеризующегося, как правило, высокой энергоемкостью получаемого продукта.
Новым быстроразвивающимся направлением в области синтеза материалов является использование электродуговых процессов, и их реализация в открытом воздушном пространстве, в частности, безвакуумным методом, т.е. без применения защитных газов или жидкостей, с отказом от корпуса реактора в его традиционном исполнении. Процесс реализуется за счет эффекта самопроизвольного образования газового барьера СО и СО2, генерируемого при горении дугового разряда постоянного тока между графитовыми электродами. Методика активно используется для синтеза углеродных наноструктур, карбидной и боридной керамики, позволяет практически полностью (в пределах погрешности аналитических методов рентгеновской дифрактометрии, энергодисперсионного анализа, погрешности, возникающей за счет адсорбированных газов) исключить окисление продуктов синтеза кислородом воздуха, несмотря на реализацию процесса в открытом воздухе. Методика имеет очевидные технико- экономические преимущества ввиду простоты ее реализации. Такой подход реализован при разработке безвакуумных методов синтеза карбида кремния, бора, титана (заявителем данного проекта). Соответственно, может быть реализован и процесс синтеза гексаборида лантана с применением обозначенного выше эффекта. Задача разработки метода получения гексаборида лантана безвакуумным методом, реализуемым в открытой воздушной среде ранее не решалась ни в РФ, ни в мире.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе реализации исследований в рамках проекта Российского научного фона № 25-29-00222 «Разработка научно-технических основ метода синтеза гексаборида лантана с использованием атмосферной плазмы дугового разряда» под руководством Свинуховой Арины Андреевны была показана возможность синтеза гексаборида лантана безвакуумным электродуговым методом (https://news.tpu.ru/news/uchenye-tpu-uprostili-poluchenie-tsennogo-materiala-dlya-proizvodstva-elektronnykh-mikroskopov/). Благодаря реализации безвакуумного электродугового метода в целях синтеза гексаборида лантана удалось упростить способ получения порошка, в сравнении с классическими методами порошковой металлургии. Метод реализуется благодаря эффекту самокэкранирования реакционного объема, возникающего в процессе электродугового воздействия, что позволяет реализовать процесс синтеза в открытой воздушной среде (это существенно упрощает методику применения электродуговой плазмы и устройство для осуществления синтеза).
В отчетном периоде реализованы серии экспериментов по получению порошка гексаборида лантана, в результате которых определена конфигурация разрядного контура и реакционной зоны, определен состав шихты и режимные параметры дугового реактора. Каждый продукт синтеза был исследован методом рентгенофазового анализа. В результате проведенных экспериментов был получен порошок гексаборида лантана с чистотой 97%.
Данный способ получения порошка гексаборида лантана зарегистрирован в виде результата интеллектуальной деятельности. По данным растровой электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии в продуктах синтеза присутствуют частицы как микронного диапазона размеров, так и наноразрменые. Согласно проведенному исследованию окислительной стойкости порошкового продукта синтеза, определенной на основе фазовых изменений in situ в процессе нагрева, было выявлено, что процессы окисления начинают проявляться при температуре 700 °С. Однако даже при нагреве до 1000 °С дифракционные максимумы, соответствующие фазе LaB6, присутствуют на дифрактограмме. Помимо высокой чистоты получаемого продукта, достоинством метода синтеза является его простота, отсутствие сложного оборудования, малое время рабочего цикла. Недостатком метода является сложность масштабирования технологии, однако на второй год проекта запланированы серии экспериментов с использованием дугового реактора увеличенной мощности, с помощью которого будет произведена оценка возможности масштабирования технологии получения гексаборида лантана, возможности увеличения объема выхода продукта синтеза, оценка повторяемости параметров процессов синтеза.
Потенциально данная методика может послужить научно-технической основой новой отечественной технологии по получению гексаборида лантана.
Публикации
1.
Свинухова А.А., Ли Ю.В., Якич Т.Ю., Стовпец Д.Е., Пак А.Я., Сподина А.В.
Возможность синтеза гексаборида лантана безвакуумным электродуговым методом
Письма в журнал технической физики, том 51, выпуск 16 (год публикации - 2025)
10.61011/PJTF.2025.16.60927.20300
2. Свинухова А.А., Ли Ю.В., Пак А.Я., Сподина А.В., Стовпец Д.Е. Vacuum-free electric arc method for synthesis of lanthanum hexaboride Ceramics International, Volume 51, Issue 26, Part A, Pages 48443-48448 (год публикации - 2025)