The object of research, development or design (in Russian) : Пористая керамика на основе карбида кремния (SiC).

The object of research, development or design (in Kazakh) : Кремний карбиді (SiC) негізіндегі кеуекті керамика.

Aim of work (in Russian) : Исследование электрических, термических и механических свойств пористых керамик на основе карбида кремния, разработка новых способов по регулированию электро- и теплопроводности, пористости и улучшению прочности пористой карбид кремниевой керамики.

Aim of work (in Kazakh) : Кремний карбиді негізіндегі кеуекті керамикалардың электрлік, жылулық және механикалық қасиеттерін зерттеу, электр және жылу өткізгіштігін, кеуектілігін реттеудің жаңа әдістерін әзірлеу, сондай-ақ кеуекті кремний карбиді керамиканың беріктігін арттыру.

Методы исследования (на русском) : В рамках проекта функциональные (электрические и тепловые) и механические свойства пористой керамики на основе карбида кремния исследовались с использованием лабораторно-экспериментальных методов, включающие: анализ кристальных фаз, количественный фазовый анализ политипов карбида кремния, определение плотности и пористости спеченной пористой SiC-керамики, наблюдение поверхности фрактуры и морфологии зерен, измерение теплопроводности, определение величины электрического удельного сопротивления и коэффициента Холла, измерение прочности на изгиб и сжатие.

Методы исследования (на казахском) : Жоба аясында кремний карбиді негізіндегі кеуекті керамиканың функционалдық (электрлік және жылулық) және механикалық қасиеттері зертханалық-эксперименттік әдістер арқылы зерттелді. Зерттеу келесі кезеңдерді қамтыды: кристалдық фазаларды талдау, кремний карбидінің полиморфтық түрлерінің сандық фазалық талдауы, күйдірілген кеуекті SiC-керамиканың тығыздығы мен кеуектілігін анықтау, сыну бетінің және түйіршік морфологиясының бақылауы, жылу өткізгіштігін өлшеу, меншікті электрлік кедергіні және Холл коэффициентін анықтау, сондай-ақ иілу мен сығуға беріктігін өлшеу.

Obtained results and novelty (in Russian) : 1. Проведён литературный обзор и анализ свойств карбидокремниевой керамики, в результате чего разработаны новые методы регулирования электрической, тепловой проводимости и механической прочности пористых SiC-материалов. 2. Получены четыре типа чистых пористых керамик на основе α- и β-SiC (BSA, BSN, ASA, ASN), изготовленных методом высокотемпературного спекания без давления. Установлено, что теплопроводность и электропроводность зависят от политипа SiC и атмосферы спекания, а α-SiC обеспечивает более высокую прочность (до 22 МПа). 3. Разработаны эффективные методы регулирования электрических и тепловых свойств путём введения многостенных углеродных нанотруб (MWCNT). При содержании 10 мас.% УНТ электропроводность увеличилась на два порядка, тогда как теплопроводность снизилась почти в четыре раза. 4. Предложены новые подходы к получению пористых керамик SiO₂–SiC с низкой теплопроводностью (0,043 Вт/м·К) и высокой прочностью при сжатии. Установлено, что повышение содержания нано-SiC и температуры спекания улучшает структурную целостность и механические свойства материала. 5. Полученные материалы обладают сочетанием низкой теплопроводности, регулируемой электропроводности и высокой термостойкости, что делает их перспективными для использования в системах тепловой защиты, фильтрации и преобразования энергии.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : 1. Кремний карбиді керамикасының қасиеттеріне талдау және әдеби шолу нәтижесінде кеуекті SiC материалдарының электрлік, жылулық өткізгіштігі мен механикалық беріктігін реттеудің жаңа әдістері әзірленді. 2. Қысымсыз жоғары температурада күйдіру әдісі арқылы α- және β-SiC негізінде төрт түрлі таза кеуекті керамика үлгілері (BSA, BSN, ASA, ASN) алынды. Зерттеу нәтижесінде жылу және электр өткізгіштіктің SiC политипіне және күйдіру атмосферасына тәуелді екені анықталды, ал α-SiC негізіндегі үлгілер жоғарырақ беріктік көрсетті (22 МПа дейін). 3. Көпқабатты көміртекті нанотүтікшелерді (MWCNT) енгізу арқылы кеуекті керамиканың электрлік және жылулық қасиеттерін кең диапазонда реттеудің тиімді әдістері әзірленді. 10 масс.% УНТ қосқанда электр өткізгіштік екі реттілікке артты, ал жылу өткізгіштік шамамен төрт есе төмендеді. 4. Төмен жылу өткізгіштікке (0,043 Вт/м·К) және жоғары сығылу беріктігіне ие жаңа SiO₂–SiC кеуекті керамикасын алу әдістері ұсынылды. Нано-SiC мөлшерін және күйдіру температурасын арттыру материалдың құрылымдық тұтастығын және механикалық қасиеттерін жақсартатыны анықталды. 5. Алынған материалдар төмен жылу өткізгіштікке, реттелетін электр өткізгіштікке және жоғары термотұрақтылыққа ие, бұл оларды жылу қорғау жүйелерінде, сүзу және энергия түрлендіру құрылғыларында қолдануға перспективалы етеді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : 1. Разработаны новые пористые керамики на основе β-SiC (BSA и BSN), спечённые при 2050 °C в атмосфере аргона или азота с использованием ПММА как шаблона. Пористость ~38 %, теплопроводность BSA – 13,0, BSN – 12,0 Вт/м·К, электропроводность высокая и зависит от политипа SiC. Прочность на изгиб 5,8–10,5 МПа; материалы подходят для применений, где важна проводимость, а не высокая механическая нагрузка. 2. Пористые керамики на основе α-SiC (ASA и ASN) спекались при тех же условиях. Пористость 38–40 %, теплопроводность ASA – 19,5, ASN – 15,0 Вт/м·К, электропроводность низкая. Прочность на изгиб 16,8–22 МПа; высокая механическая прочность и стабильность делают их перспективными для конструктивных элементов и систем теплообмена. 3. Разработаны методы регулирования свойств α-SiC с добавлением многостенных углеродных нанотрубок (УНТ). Пористость увеличилась с 71,2 до 77,5 %, электропроводность – с 4,8×10⁻² до 3,2 Ом⁻¹·см⁻¹, теплопроводность снизилась с 2,755 до 0,724 Вт/(м·К). Материалы подходят для термоэлектрических устройств, фильтров и теплоизоляции. 4. Разработаны SiO₂–SiC керамики с низкой теплопроводностью и высокой прочностью. Пористость 69,5–77,1 %, минимальная теплопроводность 0,043 Вт/м·К при 10 мас.% нано-SiC и 700 °C. Прочность при сжатии увеличивается в 5,4–6,9 раза, структура SiO₂-ядро/SiC-оболочка обеспечивает надежность для теплоизоляции и высокотемпературной защиты.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : 1. β-SiC негізіндегі жаңа кеуекті керамикалар (BSA, BSN) әзірленді, олар ПММА-ны үлгі ретінде пайдаланып, 2050°C температурада аргон немесе азот атмосферасында күйдіру арқылы алынған. Кеуектілігі 38%, жылу өткізгіштігі BSA–13,0, BSN–12,0 Вт/м·К, электр өткізгіштігі жоғары және SiC политипіне тәуелді. Иілуге төзімділігі 5,8–10,5 МПа; материалдар жоғары механикалық жүктеме емес, электр өткізгіштігі маңызды қолданбаларға қолайлы. 2. α-SiC негізіндегі кеуекті керамикалар (ASA, ASN) сол шарттарда күйдіру арқылы алынған. Кеуектілігі 38%, жылу өткізгіштігі ASA–19,5, ASN–15,0 Вт/м·К, электр өткізгіштігі төмен. Иілуге төзімділігі 16,8–22 МПа; жоғары механикалық беріктілік пен тұрақтылық материалдарды конструкциялық элементтер мен жылу алмасу жүйелері үшін перспективалы етеді. 3. α-SiC негізіндегі кеуекті керамикаларды көп қабатты КНТ қосу арқылы қасиеттерін реттеу әдістері әзірленді. Кеуектілігі 71,2%-дан 77,5%-ға дейін артты, электр өткізгіштігі 4,8×10⁻²-тен 3,2 Ом⁻¹·см⁻¹-ге дейін өсті, жылу өткізгіштігі 2,755-тен 0,724 Вт/(м·К)-ге дейін төмендеді. Материалдар термоэлектрлік құрылғылар, сүзгілер және жылу оқшаулау үшін қолайлы. 4. SiO₂–SiC кеуекті керамикалар төмен жылу өткізгіштік пен жоғары беріктілікке ие. Кеуектілігі 69,5–77,1%, жылу өткізгіштігі 0,043 Вт/м·К 10 мас.% нано-SiC және 700°C температурада спекание кезінде. Сығуға төзімділігі 5,4–6,9 есе өседі, SiO₂-ядро/SiC-қабыршақ құрылымы жылу оқшаулау мен жоғары температуралық қорғау үшін сенімділікті қамтамасыз етеді.

Level of implementation (in Russian) : По результатам выполненного проекта была издана монография, отражающая основные научные и практические достижения работы. Полученные результаты исследования внедряются в учебный процесс при подготовке специалистов в области материаловедения, нанотехнологий и керамических композитов. Материалы исследования используются в лекционных и лабораторных курсах, а также при выполнении курсовых и дипломных работ магистрантов и докторантов.

Level of implementation (in Kazakh) : Жүргізілген жоба нәтижелері бойынша жұмыстың негізгі ғылыми және тәжірибелік жетістіктерін қамтитын монография жарияланды. Алынған зерттеу нәтижелері материалтану, нанотехнологиялар және керамикалық композиттер салалары бойынша мамандарды даярлау үдерісіне оқу процесіне енгізілуде. Зерттеу материалдары дәрістік және зертханалық курстарда, сондай-ақ магистранттар мен докторанттардың курстық және диссертациялық жұмыстарын орындау барысында қолданылады.

Efficiency (in Russian) : Разработанные новые методы, включающие контролирование политипов (α-SiC и/или β-SiC), регулирование атмосферы спекания (аргон (Ar) и/или азот (N₂)), а также введение проводящих (многостенные углеродные нанотрубки) и изолирующих фаз (кремнезём, SiO₂), обеспечивают возможность точной настройки электрических, тепловых и механических свойств пористых карбидокремниевых керамик. Это открывает перспективы для создания эффективных электрически нагреваемых фильтров, термоэлектрических преобразователей и других устройств, предназначенных для очистки и управления тепловыми потоками в различных промышленных и экологических системах.

Efficiency (in Kazakh) : Дайындалған жаңа әдістер политиптерді (α-SiC және/немесе β-SiC) бақылауды, спекание атмосферасын (аргон (Ar) және/немесе азот (N₂)) реттеуді, сондай-ақ өткізгіш (көпқабатты көміртекті нанотүтікшелер) және оқшаулағыш фазаларды (кремнезем, SiO₂) енгізуді қамтиды. Бұл тәсілдер кеуекті кремний карбиді негізіндегі керамикалардың электрлік, жылулық және механикалық қасиеттерін дәл баптауға мүмкіндік береді. Мұндай шешімдер тиімді электрлік жылыту фильтрлерін, термоэлектрлік түрлендіргіштерді және әртүрлі өнеркәсіптік пен экологиялық жүйелердегі жылу ағындарын басқаруға арналған басқа да құрылғыларды жасауға зор мүмкіндік ашады.

Field of application (in Russian) : Результаты проведённых исследований и разработанная технология внедрения пористости в карбидокремниевые (SiC) керамики могут быть использованы при создании функциональных керамических материалов для различных отраслей промышленности. Полученные пористые карбидокремниевые материалы обладают оптимальными сочетаниями электрических, тепловых и механических свойств, что обеспечивает их широкое применение в следующих направлениях: 1. Системы очистки воздуха: в качестве электрически нагреваемых фильтров для обеззараживания и удаления вирусов, аэрозолей и других загрязнителей, особенно в замкнутых помещениях (метро, больницы, лаборатории, офисные здания). 2. Экологическая защита и энергетика: для фильтрации и очистки горячих газов, воды, расплавленных металлов и дизельного топлива, а также для применения в термоэлектрических преобразователях энергии и теплоизолирующих элементах. 3. Каталитические системы: как носители катализаторов и мембранные опоры, обеспечивающие высокую химическую стойкость и регулируемую проницаемость. 4. Высокотемпературные технологические процессы: в качестве конструкционных и теплоустойчивых элементов, работающих в агрессивных средах и при высоких температурах.

Field of application (in Kazakh) : Жүргізілген зерттеулердің нәтижелері мен кремний карбиді (SiC) негізіндегі керамикада кеуектілік енгізу технологиясы өнеркәсіптің әртүрлі салаларында функционалды керамикалық материалдарды жасау үшін пайдаланылуы мүмкін. Алынған кеуекті кремний карбиді материалдары электрлік, жылулық және механикалық қасиеттердің оңтайлы үйлесіміне ие, бұл олардың келесі бағыттарда кеңінен қолданылуын қамтамасыз етеді: 1. Ауаны тазарту жүйелері: электр арқылы қыздырылатын сүзгілер ретінде қолданылып, вирустарды, аэрозольдерді және басқа да ластаушы заттарды зарарсыздандыру және жою үшін пайдаланылады, әсіресе жабық кеңістіктерде (метро, ауруханалар, зертханалар, кеңсе ғимараттары). 2. Экологиялық қорғау және энергетика: ыстық газдарды, суды, балқытылған металдарды және дизель отынын сүзу мен тазартуға, сондай-ақ энергияны термоэлектрлік түрлендіргіштер мен жылу оқшаулағыш элементтерде қолдануға арналған. 3. Катализдік жүйелер: жоғары химиялық төзімділік пен реттелетін өтімділікті қамтамасыз ететін катализатор тасымалдаушылары және мембраналық тіректер ретінде қолданылады. 4. Жоғары температуралы технологиялық үдерістер: агрессивті ортада және жоғары температура жағдайында жұмыс істейтін конструкциялық және жылуға төзімді элементтер ретінде пайдаланылады.