Анотація до роботи:

Лавриненко С.Д. Фізико-технологічні основи вдосконалення існуючих і створення нових сплавів та сполук для ядерно-енергетичних установок нового покоління. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, Харків, 2007.

Дисертація присвячена розв’язанню проблеми щодо розробки фізико-технологічних основ створення нових конструкційних матеріалів для ядерно-енергетичних установок нового покоління. Вирішенню проблеми сприяло використання високочистих металів, одержаних методами дистиляції, сублімації і електронно-променевої плавки у високому та надвисокому вакуумі. В роботі сформульовані фізико-технологічні закономірності рафінування і встановлено взаємозв’язок між парціальним тиском залишкових газів і ступенем чистоти матеріалу при його плавці у вакуумі. Створена комплексна технологія рафінування і отримані метали Zr, Hf, Fe, Ni, Sc, Mn, Cu високої чистоти. На основі отриманих високочистих компонентів виплавлено нікелевий сплав типу Хастелой, з якого виготовлено конструкційний матеріал для роботи в рідинносольовому реакторі. Проведено корозійні випробування сплаву в розплавах фторидів солей цирконію і натрію як в умовах опромінювання електронами, так і без опромінювання. Досліджено властивості сплаву до і після опромінювання. Вивчено вплив чистоти вихідних і легуючих компонентів на властивості високотемпературних надпровідних з’єднань, що синтезуються. Позначено засоби оптимізації складу і умов термообробки надпровідних керамік у вакуумі і контрольованих середовищах. Досліджено вплив тривалого пропускання електричного струму при різних температурах і часах витримки на зміну електрофізичних характеристик високотемпературних надпровідних керамік різного складу.

У результаті проведення комплексних експериментальних досліджень розв’язана проблема щодо розробки фізико-технологічних основ створення конструкційних матеріалів на основі високо чистих металів, їх сплавів і сполук для ядерних енергетичних установок нового покоління. Встановлені фізико-технологічні параметри зміни властивостей цих матеріалів під дією корозії і радіаційного опромінювання. Поліпшені властивості і оптимізовані характеристики високотемпературних надпровідників при використанні вихідних компонентів різного ступеня чистоти і легуючих додатків.

Основні наукові і практичні результати роботи такі:

1. Набули подальшого розвитку фізико-технологічні основи отримання металів високої чистоти. Проведено оцінку поглинання домішок з газової і парогазової атмосфери, яка оточує речовину, що рафінується при ЕПП, сублімації, дистиляції, зонній плавці, електропереносі. Розвинені методи отримання металів високої чистоти дають можливість створити необхідні передумови для їх використання при одержанні перспективних матеріалів для ядерно-енергетичних установок нового покоління.

2. Обґрунтовано використання засобів безмасляного вакуумного відкачування і мас-спектрометричного контролю складу залишкових газів в установках ЕПП і ЗП, що дає можливість досягти більш високого рівня чистоти матеріалів. Встановлено нові закономірності рафінування хімічно активних тугоплавких металів при плавці в надвисокому вакуумі.

3. Поліпшено технологію сублімації тетрафториду цирконію, що дозволило підвищити його чистоту. Відновлення тетрафториду цирконію з низьким вмістом домішок дає можливість підвищити якість кальцієтермічного цирконію і його сплаву з ніобієм.

4. Створено комплексну технологію рафінування Zr, Hf, Fe, Ni, Sc, Mn, Cu, застосування якої дало можливість одержати метали високого ступеня чистоти і виготовити сплави на їх основі.

5. Створено технологію виплавки, деформації і термообробки нікелевих сплавів типу Хастелой, що дало можливість на основі отриманих високочистих компонентів виплавити нікелеві сплави та виготовити з них зразки конструкційного матеріалу придатного для використання в конструкціях рідинносольового реактора.

6. Дослідження властивостей зразків сплавів у вихідному стані та корозійні випробування в розплавах фторидів солей цирконію і натрію в умовах опромінювання електронами, так і без опромінювання, показали, що сплави такого складу можуть використовуватися як конструкційні матеріали для рідинносольового реактора.

7. Проаналізовано можливість застосування тугоплавких металів Nb, Ta, W, Re в якості конструкційних матеріалів для роботи в підземному ядерному реакторі. Показано, що ці метали в чистому вигляді не можуть використовуватись в якості конструкційних. Для роботи в умовах такого реактора для виготовлення тепловиділяючих елементів найкраще підходять сплави типу Ta-W-Hf.

8. Вперше вивчено газовиділення з ВТНП кераміки на різних етапах її синтезу, з’ясовано вплив чистоти вихідних компонентів і легуючих домішок на електрофізичні властивості високотемпературних надпровідних сполук YBa₂Cu₃O_x, Bi₄Sr₃Ca₃Cu₄O_x, Bi_1-хPb_хSrCaCu₂O_x, що синтезуються. Це дозволило визначити шляхи оптимізації складу і умов термообробки ВТНП керамік у вакуумі і контрольованих середовищах. Дослідження деградації електрофізичних властивостей високотемпературних надпровідників в результаті тривалого пропускання електричного струму показало, що це явище є суттєвим для керамік на основі ітрію.

Публікації автора:

1. О поглощении примесей из газовой фазы в процессе зонной очистки циркония / Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Береснев В.М., Лавриненко С.Д., Нечаев В.В. // Известия АН СССР. Металлы. - 1975. -№3.- С. 74-79.

2. Определение углерода в ниобии и железе методом активационного анализа на ускоренных протонах / Вьюгов П.Н., Дикий Н.П., Лавриненко С.Д., Литвиненко А.С., Попов А.И. // Вопросы атомной науки и техники.– 1983. вып.1(2). - С.50-52.

3. Ажажа В.М, Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д. Исследование влияния степени чистоты на свойства ванадия, ниобия и циркония // Высокочистые вещества. -1987.- № 3. - С.53-55.

4. Синтез и некоторые свойства керамики BiSrCaCuO / Бовда А.М., Верхоробин Л.Ф., Лавриненко С.Д., Тихинский Г.Ф., Фролов В.А. // Вопросы атомной науки и техники. - 1989. - Вып.7(7). - С.6-9.

5. Влияние термодесорбции в вакууме на некоторые свойства сверхпроводящей иттриевой керамики / Ажажа В.М., Бобров Ю.П., Крюков В.Б. Лавриненко С.Д., Оковит В.С., Стародубов Я.Д., Тихинский Г.Ф., Чиркина Л.А // Вопросы атомной науки и техники.-1990. -Вып. 9(17). -С. 41-44.

6. Исследование диффузии кислорода в Y₁Ba₂Cu₃O_х с помощью ядерной реакции О(р,a)N / Ажажа В.М., Скакун Н.А., Гринченко А.Ю., Деев А.С., Лавриненко С.Д., Олейник В.А., Светашов П.А. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. -1990. - Т.3, № 5. - С.913-919.

7. Исследование влияния примесей на Тк керамики Y-Ва-Си-О / В.М. Ажажа, С.Д. Лавриненко, Г.Ф. Тихинский, И.Н. Токарь // Высокочистые вещества. – 1990.- №5. - С.60-63.

8. Рафинирование редкоземельных металлов физическими методами / Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д, Павлов В.С., Пилипенко Н.Н., Тихинский Г.Ф. // Высокочистые вещества. - N 2. – 1993. - С.5-12.

9. Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д. Влияние вакуумных условий на рафинирование активных тугоплавких металлов // Высокочистые вещества. - 1994. -№3. - С.76-83.

10. Oчистка кальциетермического циркония и гафния от кислорода / Ажажа В.М, В’югов П.Н., Лавриненко С.Д., Мухачев А.П., Пилипенко Н.Н. // Вопросы атомной науки и техники.– 1997. -Вып.1(65), 2(66). -С.144-150.

11. Лавриненко С.Д. Газовыделение из ВТСП и исходных компонентов для их синтеза. // Вопросы атомной науки и техники. - 1998. -Вып. 1(2). -С. 86-94.

12. Анализ применимости тугоплавких металлов и сплавов в качестве конструкционных материалов подземного ядерного реактора / Ажажа В.М., Воеводин В.Н., Вьюгов П.Н., Зеленский В.Ф., Еленский В.А., Лавриненко С.Д., Неклюдов И.М., Пилипенко Н.Н. // Вопросы атомной науки и техники. – 1998. - Вып.3(69),4(70). - С.106-108.

13. Рафинирование меди / В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко // Вопросы атомной науки и техники. - 1999. - Вып.1(9). - С.44-47.

14. Анализ процессов сублимации тетрафторида циркония / Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д., Пилипенко Н.Н., Рябоконь А.Р., Шишкин В.Н., Чеченев Н.Д., Мухачев А.П., Линдт К.А., Лахов А.М., Попов В.И., Уманец М.П., Коцарь М.Л., Никонов В.И. // Вопросы атомной науки и техники.- 2000.- №4. -С.93-98.

15. Электронно-лучевая плавка циркония / Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д., Лапшин В.И., Пилипенко Н.Н. // Вопросы атомной науки и техники. – 2000. - №5. - С.3-11.

16. Рафинирование железа физическими методами / В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко // Вопросы атомной науки и техники. - 2001. - №2. - С.107-109.

17. Получение марганца высокой степени чистоты методом дистилляции / Ажажа В.М. В’югов П.Н., Лавриненко С.Д., Пилипенко Н.Н., Шаповал Б.И. // Вісник Харківського університету. Серія фізична «Ядра, частинки, поля». - 2001. - Вып.4. С.89-92.

18. Использование масс-спектрометра для контроля состава слитков в процессе электронно-лучевой плавки металлов / В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко // Заводская лаборатория. Диагностика металлов. -2001.- №12. –С. 6-8.

19. Механические свойства скандия различной чистоты / Ажажа В.М., Волокита Г.И., Лавриненко С.Д., Вьюгов П.Н., Емлянинова Т.Г. // Вопросы атомной науки и техники. -2002. -№1. -С.44-46.

20. Электронно-лучевая плавка титана, циркония и гафния / Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д., Пилипенко Н.Н, Болков А.Ф., Лахов А.М., Линдт К.А., Мухачев А.П., Попов В.И. // Вопросы атомной науки и техники.- 2002. №6, вып.(82) - С.95-99.

21. Рафинирование никеля методом электронно-лучевой плавки / Ажажа В.М., Бобров Ю.П., Вирич В.Д., Вьюгов П.Н., Дмитренко О.Е., Кожевников О.Е., Лавриненко С.Д., Пилипенко Н.Н., Пелых В.Н. // Вісник Харківського університету. Серія фізична: «Ядра, частинки, поля». – 2003. –Вип. 2 /22/. -С.118-122.

22. Лавриненко С.Д. Влияние примесей на свойства ВТСП керамик // Вопросы атомной науки и техники. - 2003 г. - №5, вып(13). - С.60-67.

23. Розробка сплаву для паливного контуру рідинно-сольових реакторів. / Ажажа В.М., Бобров Ю.П., Ванжа О.Ф, В’югов П.М., Ємлянінова Т.Г., Ковтун К.В., Лавриненко С.Д., Пилипенко М.М., Савченко В.І., Солопіхін А.Д., Стеценко С.П.. // Вісник Харківського університету. Серія фізична «Ядра, частинки, поля». – 2004. - № 619. – Вып. 1(23). - С.87-93.

24. Коррозия облученных Ni-Mo сплавов в расплаве фторидов натрия и циркония / Ажажа В.М., Андрійко А.А., Бакай А.С., Волков С.В, Девяткин С.В., Довбня А.Н., Лавриненко С.Д., Омельчук А.А., Широков Б.М. // Вопросы атомной науки и техники. - 2005. №3, - С.134-139.

25. Variation of compositional content in subsurface layers of Hastelloy type alloys as caused by melt of fluorides ZrF₄ – NaF and electron irradiation / Azhazha V.M. , Bakai A.S., Bobrov Yu.P., Dovbnya А.N., Lavrinenko S.D., Pylypenko M.M. // Вопросы атомной науки и техники. – 2005. -№.4. - С. 82-89.

26. Совершенствование процесса и оборудования сублимации тетрафторида циркония и гафния / Ажажа В.М., Бобров Ю.П., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д., Пилипенко Н.Н., Рябоконь А.Р., Линдт К.А., Попов В.И., Лахов А.М., Болков А.Ф., Ищенко К.Г., Шишкин В.Н., Чеченев Н.Д., Пузырьков А.Н. // Вопросы атомной науки и техники. – 2006. -№.4. - С. 138-143.

27. Лавриненко С.Д. Получение скандия высокой степени чистоты // Материалы VII конференции стран СНГ по проблеме «Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов». Белгород.- 1997.- С.148-151.

28. Цирконий и его сплавы: технологии производства, области применения. Обзор. / Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д., Линдт К.А., Мухачев А.П., Пилипенко Н.Н. - Харьков: ННЦ ХФТИ. -1998. - 89 с.

29. Получение высокочистых металлов: титана, циркония, ванадия, ниобия и тантала / Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Еленский В.А., Лавриненко С.Д., Пилипенко Н.Н. // Вопросы атомной науки и техники.- 1998.– Вып. 1(2).– С.72-76.

30. Лавриненко С.Д. Исследование деградации высокотемпературных сверхпроводников при прохождении тока // Вопросы атомной науки и техники. - 1999. - Вып.1(9). - С.6-10.

31. Взаимодействие в газопаровой фазе при электронно-лучевой плавке металлов / В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко // Вопросы атомной науки и техники.- 1999.- Вып.1(9).- С.40-43.

32. Влияние вакуумной среды на процессы рафинирования металлов / В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко // Вопросы атомной науки и техники.- 2000.- №4.- С.90-93.

33. В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко Сверхвысоковакуумное оборудование для получения сверхчистых металлов // Сборник докладов 7-го Международного симпозиума «Чистые металлы».- Харьков.- 2001.- С.64-67.

34. В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко Получение высокочистых металлов (Sc, Ti, Fe, Zr, Hf, Cu, V, Nb, Ta) // Cпециальная металлургия: вчера, сегодня, завтра. Материалы Международной научно-технической конференции. - Киев. «Політехніка». – 2002. - С.79-84.

35. В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко Электронно-лучевая зонная плавка ванадия, ниобия и тантала // Специальная металлургия: вчера, сегодня, завтра. Материалы Международной научно-технической конференции. - Киев «Політехніка». -2002. - С.220-225.

36. Ажажа В.М., Бобров Ю.П., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д., Пилипенко Н.Н. Онищенко Л.В. Исследование состава газовой фазы в камере сублимации при нагреве тетрафторидов циркония и гафния // Харьковская научная ассамблея ISPM-8. Раздел I Получение высокочистых металлов и сплавов. –Харьков. – 2002. - С.13-16.

37. Ажажа В.М., Вьюгов П.Н., Лавриненко С.Д. Мухачев А.П., Пилипенко Н.Н. Очистка кальциетермического гафния // Высокочистые металлические и полупроводниковые материалы. Сборник докладов 9-го Международного симпозиума «Высокочистые металлические и полупроводниковые материалы». - Харьков: ННЦ ХФТИ. - 2003. - С.50-54.

38. Ажажа В.М. , Бакай А.С., Бобров Ю.П., Лавриненко С.Д., Петельгузов И.А., СавченкоВ.И. Исследование коррозионной стойкости и механических свойств жаростойкого и жаропрочного никелевого сплава // 3-я Міжнародна конференція «Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій.» Під заг. ред. В.В.Панасюка. Львів: Фізико-механічний інститут ім. Г.В.Карпенка НАН України. – 2004. - С.659-664.

39. Alloys for molten-salt reactors / Azhazha V.M. , Bakai A.S. , Lavrinenko S.D. , Bobrov Yu.P. , V’yugov P.N., Kovtun K.V., Pylypenko M.M., Savchenko V.I., Solopikhin A.D., Stetsenko S.P., Malykhin D.G. // Вопросы атомной науки и техники.- 2005.- №.4. (87).- С.40-47.

40. The effects of electron irradiation and fluoride salt melt ZrF₄ – NaF on mechanical properties of Hastelloy N type alloys / Azhazha V.M., Bakai A.S., Dovbnya А.N., Kovtun K.V., Lavrinenko S.D., Malykhin D.G., Pylypenko M.M., Savchenko V.I., Semenov N.А., Strygunovsky S.V., Shramenko B.I., Wanderka N. // Вопросы атомной науки и техники. – 2005. - №.4.(87). - С. 53-62.

41. Вакуумные условия и ЭЛП циркония / В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко, Н.Н.Пилипенко // Вопросы атомной науки и техники. – 2006. -№.4. - С. 144-151.

42. Лазарев Б.Г., Лазарева Л.С., Чупиков А.А., Ажажа В.М., Лавриненко С.Д. Зависимость особенностей хода резистивных кривых в магнитном поле керамики YВа₂ Сu₃О_х от чистоты исходных материалов // Тр. 2 Всес. конф. по ВТСП. –Киев. -1989. -Т.3. - С.146-147.

43. Ажажа В.М., Бондаренко В.Н., Колот В.Я., Лавриненко С.Д., Левенец В.В., Чирт В.К. Определение состава ВТСП ядерно-физическими методами // Тезисы докл. 2Всес. Сов. по ВТСП. – Киев. -1989. - Т.3. - С.183.

44. Ажажа В.М., Верхоробин Л.Ф., Лавриненко С.Д.,Тихинский Г.Ф., Токарь И.Н., Крайнюкова Н.В., Глубоков А.Ю., Косынкин В.Д., Кучейко С.И. Влияние примесей натрия, углерода, кремния и фосфора на электрофизические свойства керамики состава Bi₄ Sr₃Ca₃ Cu₄O_х // Тезисы докл.на III Всес. сов.по ВТСП. – Харьков. – 1991. - Т.4(1). - С.118.

45. Ажажа В.М., Лавриненко С.Д., Тихинский Г.Ф., Токарь И.Н., Крайнюкова Н.В., Прихотько О.Р., Смирнов А.И., Христенко Е.В. Влияние примесей на свойства Y₁Ba₂Cu₃O_х-Ме // Тезисы докл.на III Всес. сов. по ВТСП. – Харьков. – 1991. -Т.4(1). - С. 116-117.