Технология изготовления нанокомпозитов с магнитоэлектрическими свойствами

Для плиты ПК60-12-8-Ат-У с арматурными стержнями 9010 Ат-У под суммарной расчетной нагрузкой 10 кН/м предел огнестойкости составляет 53 мин. Если предположить, что в результате взрыва бытового газа в верхней части плиты образовались трещины глубиной 30 мм, то согласно расчету [3] из-за снижения несущей способности ее предел огнестойкости снизится до 50 мин.

Оценочные расчеты показали, что если прогрев бетона снизу не превышает толщины защитного слоя, то происшедшее в результате взрыва выключение из работы части сжатого слоя бетона железобетонной многопустотной плиты незначительно сказывается на снижении ее огнестойкости. Аналогично, мало влияет на несущую способность этой плиты уменьшение толщины сжатого слоя бетона в результате пожара.

Таким образом, необратимые изменения свойств бетона после прогрева не вызовут снижения несущей способности железобетонной многопустотной плиты больше, чем последствия взрыва.

Учет этих особенностей поведения железобетонного изгибаемого элемента позволит более точно проводить обследование строительных конструкций после взрывов и пожаров.

Список использованной литературы

1. Гроздов В.Т. Техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений / В.Т. Гроздов. - СПб., 2004.

2. Курлапов Д.В. Воздействие высоких температур на строительные конструкции // Инженерно-строительный журнал. 2009. - №4.

3. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций / А.И. Яковлев. - М.: Стройиздат, 1988. - 143 с.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТОВ С МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

А.Г. Горшков, доцент, к.ф.-м.н.

А.В. Кочегаров, профессор, д.т.н.

Воронежский институт ГПС МЧС России, г.Воронеж

В настоящее время большой научный интерес вызывают исследования ферромагнитно-сегнетоэлектрических смесевых

композиционных материалов, представляющих собой гранулы магнитного металлического материала, распределенные в немагнитной диэлектрической матрице. С одной стороны, этот интерес обусловлен возможностью реализации ряда замечательных свойств и, прежде всего, магнитоэлектрических свойств, а с другой - потенциальными

возможностями их практического применения в науке и технике. Причиной этого является то обстоятельство, что в формировании физических свойств композитов основную роль играют особенности гетерогенной структуры, а также структурные перестройки, возникающие при изменении внешних воздействий и внутренних параметров.

Взаимосвязь ферромагнитных и сегнетоэлектрических явлений лучше всего проявляется в том случае, когда оба вещества в гранулах нанокомпозита находятся в кристаллическом состоянии. В то же время пленки сложных оксидов, полученные методом ионно-лучевого распыления мишеней на ситалловые подложки при комнатной температуре, являются аморфными [1-3]. Поскольку аморфное состояние является термодинамически метастабильным, оно при достаточно высоких температурах испытывает перестройку в кристаллическую структуру, т.е. происходит процесс кристаллизации. Поэтому важно выявить при каких условиях будут происходить эти процесс и как он может повлиять на величину магнитоэлектрического коэффициента в готовых композитах, что представляет несомненный интерес, как для фундаментальной науки, так и для определения границ технического применения этих материалов в новых изделиях.

В работе проведено изучение особенностей структуры и диэлектрических свойств наногранулированных композиционных материалов типа сегнетоэлектрик-ферромагнетик, а также основных законов кинетики их кристаллизации в процессе изотермического отжига.

В качестве объектов исследования были выбраны образцы тонкопленочных нанокомпозитов

Сох -(РЬ0

(Щ.5В0.5 )0.15 (^0.575^0.425 ) 03 ^

далее Сох - (ЦТС)Ш-х и - (ЦТС)Ш-х, в которых

диэлектрическая матрица представляла собой сегнетоэлектрический материал. Образцы были получены методом ионно-лучевого распыления мишеней в смешанной газовой атмосфере аргон + кислород при

-5

парциальном давлении кислорода 5,2-10- Па. Для напыления образцов использовалась составная мишень, состоящая из литой кобальтовой или Со-Бе^г основы с керамическими пластинами цирконата - титаната свинца (ЦТС) на её поверхности. Неравномерное расположение пластин позволило в одном технологическом процессе (при одних условиях) получить образцы с широким соотношением металлической и диэлектрической фаз (от 0 до 75 ат. %Со и ат. % СоFeZг).

Для исследования диэлектрической проницаемости и электропроводности композитов формировалась специальная многослойная структура: 1 - верхний и нижний металлические электроды Сг - Си - Сг, 2 - исследуемый композит, 3 - ситалловая подложка. Слои

хрома осаждались для улучшения адгезии пленки композита и предотвращения окисления меди.

Толщина образцов варьировалась в пределах нескольких микрометров в зависимости от объемной доли кобальта. Состав композитов определялся электронно-зондовым рентгеновским микроанализатором с погрешностью не более 1 ат. %.

Структура и морфология поверхности пленок магнитоэлектрических нанокомпозитов изучалась с помощью электронного микроскопа. Для этого использовались пленки различного состава толщиной около 60 нанометров. В результате проведенных исследований было определено, что гранулы Со и СоFeZr имеют кристаллическую структуру, а матрица ЦТС находится в аморфном состоянии. Существует некоторая доля соотношения металла и диэлектрика, при котором происходит разрыв металлической сетки на отдельные изолированные диэлектриком металлические гранулы.

Для изучения влияния состава на свойства композитов были исследованы концентрационные зависимости диэлектрической проницаемости в и электропроводности а наногетерогенных систем (СоFeZr)x - (ЦТС)100-х при комнатной температуре на частоте 10 кГц. Экспериментальная зависимость а(х) в концентрационной области 20-65 ат.% металла характерна для гранулированных систем с перколяционным порогом, который свидетельствует о том, что изучаемая наносистема является гетерогенной. Аналогичная зависимость а(х) была получена и для композитов Сох - (ЦТС)100-х. При малых концентрациях металлической фазы структура композитов Сох - (ЦТС)100-х и (СоFeZr)x - (ЦТС)100-х представляет собой электрически изолированные друг от друга гранулы Со и СоFeZr, разделённые прослойками ЦТС. Поэтому в таких составах электроперенос через материал определяется в основном проводимостью диэлектрика, так как она на несколько порядков меньше проводимости металла.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что изученные гетерогенные композиты представляют собой двумерные системы. Об этом также свидетельствует тот факт, что для системы нанокомпозитов порог протекания, определенный как производная функции а(х), в изученной системе Сох(ЦТС)100-х имеет величину хп = 0,28, а для (СоFeZr)x - (ЦТС)100-х составляет хп = 44 ат. %. Это качественно согласуется с выводами модели, согласно которой в трехмерных системах хп = 0,16-0,19, а в двумерных хп < 0,5.

С увеличением концентрации Со и СоFeZr проводимость композитов достигает насыщения, что связано с образованием сплошной металлической сетки, составляющей основную часть композита. Характерно, что и на зависимости диэлектрической проницаемости от

состава наблюдается такая же тенденция, малые отклонения могут быть связаны с процессами перераспределения атомов внутри фаз.

Переход в кристаллическое состояние регистрировался по температурным зависимостям диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

В результате проведенных экспериментов определена температура кристаллизации аморфной фазы изученных композитов из температурных зависимостей электросопротивления. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости образца, отожженного при температуре 400 0С в течение 1,5 часов, подтверждает переход в кристаллическое состояние аморфной фазы ЦТС и (^FeZr).

Список использованной литературы

1. Гриднев С.А., Горшков А.Г., Копытин М.Н., Ситников А.В., Стогней О.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2006. - Т. 70. - №8. - С. 1130-1133.

2. Abeles B., Sheng P., Coutts M.D., Arie Y. Structural // Advances in Physics. 1975. - V. 24. - P. 407-461.

3. Алексеечкин Н.В. // ФТТ. 2000. - Т. 42. - №.7. - С.1316-1321.

КОНТРОЛЬ ИСТОЧНИКОВ ВОЗГОРАНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ

ПОМЕЩЕНИЯХ

И.Ю. Горшков, курсант А.И. Ситников, старший преподаватель, к.т.н., доцент

Е.И. Чопорова, доцент, к.п.н., доцент Е.О. Моисеев, курсант Воронежский институт МВД России, г. Воронеж

Для изучения процессов, протекающих в ходе возникновения пожара, применяются различные установки [1]. Например, комната-калориметр (рис.) (макет помещения, выполненный из красного кирпича с расположенными по периметру термопарами) [2]. В частности, исследуется температуры воздуха и огня внутри помещения, средние значения скорости тепловыделения, времени горения и потока массы возгораемого вещества.