ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКИ СИНТЕЗИРОВАННЫХ СИЛИЦИДОВ НИОБИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ

Силициды ниобия являются перспективными материалами для создания высокотемпературных композитов и жаропрочных сплавов, способных работать в экстремальных условиях. Уникальные свойства (высокая температура плавления, химическая инертность, термическая стабильность и стойкость к окислению) делают их востребованными в различных промышленных приложениях, включая компоненты, подверженные износу, и термостойкие покрытия. Механическая активация представляет собой эффективный метод механохимического синтеза тугоплавких силицидов, позволяющий получать новые соединения. Характеристики механоактиватора, параметры режима работы и состав исходной смеси играют ключевую роль в эффективности процесса, определяя скорость реакций и фазовый состав конечного продукта. Проведено исследование влияния диаметра измельчающих шаров и времени механической активации на формирование силицидов ниобия при механохимическом синтезе непосредственно из промышленных отходов. Это направление исследований актуально, поскольку позволяет перерабатывать отходы ниобия и кремния, снижая производственные затраты и экологическую нагрузку. Количественно определены изменения массовых долей исходных компонентов (кремния и ниобия) и образовавшихся фаз силицидов (NbSi₂ и Nb₅Si₃) в зависимости от времени активации. Результаты исследования подтвердили пригодность промышленных отходов ниобия и кремния в качестве сырья для синтеза силицидов. Определены оптимальные условия механической активации, позволившие получить порошковую смесь с содержанием силицидов ниобия до 40 мас. %. Полученные материалы продемонстрировали потенциал для применения в составе полимерных электропроводящих покрытий, используемых в качестве электрических нагревателей, антистатических экранов и защиты от электромагнитного излучения. Полученные зависимости электрического сопротивления от температуры нагрева указывают на существование температурно-зависимых процессов, влияющих на проводимость полимерных композитов. Наиболее выраженное снижение сопротивления, свидетельствующее о формировании проводящей структуры, наблюдается в диапазоне 150 ‒ 200 °C, что подчеркивает перспективность разработанных материалов для создания эффективных теплопроводящих элементов и систем защиты от электромагнитных помех.

1. Tsakiropoulos P. Alloys for application at ul-tra-high temperatures: Nb-silicide in situ composites: Challenges, breakthroughs and opportunities. Progress in Materials Science. 2020;100714. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100714

2. Tsakiropoulos P. On the Nb5Si3 Silicide in Metallic Ultra-High Temperature Materials. Metals. 2023;13(6):1023.

3. https://doi.org/10.3390/met13061023

4. Зайцев Д.В., Светлов И.Л., Кузьмина Н.А., Заводов А.В., Строение границ раздела между матрицей и Nb5Si3-силицидами в композите системы Nb ‒ Si. В кн.: XII Все-российская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «Тест-Мат» по тематике «Современные аспекты в области исследований структурно-фазовых превращений при создании мате-риалов нового поколения». Материалы Все-российской конференции. Москва: Всерос-сийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, 2020:237‒251. EDN: ZQMJKX

5. Каблов Е.Н., Ефимочкин И.Ю., Большакова А.Н., Аткин О.Н. Термическая обработка компо-зиционных материалов системы Nb ‒ Si. Конструкции из композиционных материа-лов. 2020;3(159):14‒19. EDN: AHSSBG

6. Lu X, Goronzy D., Torres-Castanedo C., Das P., Kazemzadeh-Atoufi M. Stability, metallicity, and magnetism in niobium silicide nanofilms. Physical review materials. 2022;6:064402. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.064402

7. Cardozo E.P., D’Oliveira A. Niobium Silicide Multilayers Processed by In Situ Synthesis During Deposition of Powder Mixtures. Jour-nal of Materials Engineering and Performance. 2022;31:3998–4005.

8. https://doi.org/10.1007/s11665-021-06460-2

9. Szklarek R., Tfnski T., Mendala B., Staszuk M. High temperature resistance of silicide-coated niobium. Bulletin of the Polish academy of sciences technical sciences. 2021;69(5):e137416.

10. Оспенникова О.Г., Рассохина Л.И., Битюц-кая О.Н., Гамазина М.В. Отработка техно-логии получения отливок лопаток ГТД ме-тодом направленной кристаллизации из сплавов на основе Nb-Si композита. Труды ВИАМ. 2017;4(52):1.

11. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2017-0-4-1-1

12. Сапегина И.В., Шеберстова Е.А. Об упроч-няющих фазах в сплавах на основе Nb ‒ Si. Химическая физика и мезоскопия. 2025;27(2):164‒170. https://doi.org/10.62669/17270227.2025.2.16

13. Pu D.L., Pan Y. Influence of high pressure on the structure, hardness and brittle-to-ductile transition of NbSi2 ceramics. Ceramics Inter-national. 2021;47(2):2311‒2318.

14. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.09.073

15. Trevino R., Maguregui E., Perez F., Shafiro-vich E. Mechanically activated SHS of Nb5Si3 and Nb5Si3/Nb composites. Journal of Alloys and Compounds. 2020;826:154228.

16. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154228

17. Zhang Y.-H., Wu L.-R., Ma J., Cui G. Nano-technology in solid state batteries, what’s next? Next Nanotechnology. 2023;2:100011.

18. https://doi.org/10.1016/j.nxnano.2023.100011

19. Беляев Н.Е., Шкода О.А. Использование вторичного сырья для получения силицидов ниобия. Вестник Сибирского государствен-ного индустриального университета. 2026;(1):59‒62. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2026-1(55)-59-62

20. Шкода О.А. Влияние механической актива-ции на синтез трисилицида пентаниобия. Известия вузов. Физика. 2025;68(8):73–79. https://doi.org/10.17223/00213411/68/8/9

21. Shkoda O.A. Achieving single-phase pentani-obium trisilicide using mechanically activated self-propagating high-temperature synthesis. Bulletin of Materials Science. 2026;49:52. https://doi.org/10.1007/s12034-026-03577-9

22. Shin J., Park J., Park N. A method to recycle silicon wafer from end-of-life photovoltaic module and solar panels by using recycled sil-icon wafers. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017;162:1–6.

23. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.12.038

24. Клеоновский М.В., Шешуков О.Ю., Михеенков М.А., Михеенков А.М., Матюхин О.В. Воздей-ствие механической обработки на процессы восстановления оксидов железа в техноген-ном сырье. Известия вузов. Черная метал-лургия. 2024;67(6):671‒678.

25. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2024-6-671-678

26. Шарипзянова Г.Х., Еремеева Ж.В., Келехса-ев В.Б. Механохимическая активация про-цессов добычи и переработки металлов при горном и металлургическом переделе. Изве-стия вузов. Северо-Кавказский регион. Се-рия: Технические науки. 2023;2(218).81‒86.

27. Беззубцева М.М., Волков В.С. К вопросу исследований закономерностей процессов механоактивации в электромеханических диспергаторах, В кн.: Актуальные вопросы энергетики АПК. Материалы Национальной научно-практической конференции, посвя-щенной 100-летию плана ГОЭРЛО. Ижевск: Ижевская государственная сельскохозяй-ственная академия, 2021:7‒11. EDN: JBCNBE

28. Собачкин А.В., Ситников А.А., Яковлев В.И., Логинова М.В., Бадин С.В., Влияние тер-мических факторов на получение функцио-нальных покрытий из СВС-механокомпозитов. В кн.: Наука и моло-дежь. Материалы XVII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Барнаул: Алтай-ский государственный технический универ-ситет им. И.И. Ползунова, 2020:49‒52.

29. Шкода О.А. Особенности самофутеровки при механической активации системы нио-бий – кремний. Известия вузов. Физика. 2026;69(3):23–34. https://doi.org/10.17223/00213411/69/3/3

30. Благодатский Г.А., Жиров Д.К., Жданов В.С., Иерархическая модель энергоэффективности процесса механоактивации многокомпо-нентных материалов. В кн.: Актуальные проблемы математики, механики, инфор-матики. Сборник материалов конференции, посвященный памяти А.Ф. Сидорова и А.А. Поздеева. Ижевск: Удмуртский федераль-ный исследовательский центр УрО РАН, 2025:33‒35.

31. Чайкина М.В. Перспективы механохимической технологии получения фосфорных удобре-ний. Москва: СО РАН, 2007:261.

32. Калиновская Е.В., Собольков А.В. Модели-рование процесса механической активации нанокомпозиционного материала системы Al ‒ Mg ‒ NC. Вестник магистратуры. 2018;1-3(76):34‒37.

33. Fischer F., Fendel N., Greiser S., Rademann K., Emmerling F. Impact Is Important‒Systematic Investigation of the Influence of Milling Balls in Mechanochemical Reactions, Organic Process Research & Development. 2017;21(4):655–659. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00435

34. Michalchuk A., Tumanov I., Boldyreva E. Ball Size or Ball Mass – What Matters in Or-ganic Mechanochemical Synthesis? Cryst Eng Comm 2019;21(13):2174–2179. https://doi.org/10.1039/c8ce02109k

35. Belyaev N.E., Shkoda O.A., Golovin E.D. Mechanochemical synthesis of niobium sili-cides: the effect of ball diameter and activa-tion time on niobium and silicon mechanical activation. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2026;11(2):129‒138.

36. https://doi.org/10.17277/jamt-2026-11-02-129-138

37. Кочетов Н.А., Горение и характеристики механически активированной смеси Ni + Al. Влияние массы и размера измельчающих тем (шаров). Химическая физика. 2016;35(7):49‒54. https://doi.org/10.7868/S0207401X16070049

38. Минаковский А.Ф., Шатило В.И. Бескис-лотный метода переработки фосфоритов. Proceedings of the National academy of sci-ences of Belarus, Chemical series. 2018;54(3):376‒384.

39. Погорелов Н.А., Вылгин А.В., Нагреватель-ные элементы электрических теплых полов. Наука и Образование. 2024;7(4):1‒6.

40. EDN: ROGSTO

41. Wang Z.-X., Du P.-Y., Li W.-J., J.-H. Meng J.-H. et al. Highly rapid-response electrical heaters based on polymer-infiltrated carbon nanotube networks for battery thermal management at subzero temperatures. Composites Science and Technology. 2023;231(5):109796.

42. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109796

43. Shchegolkov A.V., Shchegolkov A.V., Kamins- kii V.V., Chumak M.A. Smart Polymer Com-posites for Electrical Heating: A Review. Journal of Composites Science. 2024;8(12):522. https://doi.org/10.3390/jcs8120522

44. Shulpekov A.M., Lepakova O.K., Shkoda O.A. Synthesis of composites based on titani-um silicon carbide and nitrogen-containing phases for obtaining electrically conductive polymer. Journal of Alloys and Compounds. 2025;1037:182530. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.182530

45. Шелехов И.Ю., Ладыженская А.Н., Забели-на А.А., Особенности индивидуального управления параметрами микроклимата в офисных помещениях. Современное строи-тельство и архитектура. 2022;7(31):4‒7. https://doi.org/10.18454/mca.2022.28.8.001

46. Терехов Д.Ю., Шерченков А.А., Волощук И.А., Пепеляев Д.В. и др. Перспективные разра-ботки тонкопленочных и гибких термоэлек-трических устройств. Российские нанотех-нологии, 2021;16(3):429‒438.

47. https://doi.org/10.1134/S1992722321030183

48. Лупша В.А., Муравьев Н.Д., Байрак В.В., Марченко М.И., Доронин А.Н., Нагрева-тельное приспособление для исследований вибропрочности конструкций при темпера-турах, близких к 1300 °С. Заводская лабо-ратория. Диагностика материалов. 2022;88(8):70‒74. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-8-70-74

49. Голубева К.Э., Хакимов А.В. К вопросу ло-кального обогрева машинотракторных ма-стерских. В кн.: Идеи молодых ученых ‒ аг-ропромышленному комплексу: развитие энергетики и средств механизации в АПК. Материалы Международной научной кон-ференции студентов, аспирантов и моло-дых ученых Института агроинженерии. Челябинск: Южно-Уральский государственный аграрный университет. 2024:89‒95.

50. EDN: UQKYEB

51. Малова К.А., Раянов Д.Р., Новиков С.А. Расчет локальной системы отопления ма-шинотракторной мастерской на основе пле-ночных электронагревателей. В кн.: Идеи молодых ученых ‒ агропромышленному комплексу: развитие технических систем и энергетики в АПК. Материалы Междуна-родной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Челябинск: Южно-Уральский государственный аграр-ный университет. 2025:85‒92.

52. EDN: NUKSPN

53. Szklarek R., Tanski T., Mtndala B., Staszuk M., Krzemimski L., Nuckowski P., Sobczak K., High temperature resistance of silicide-coated niobium, Bulletin of the polish academy of sci-ences technical sciences, 2021;69(5):e137416.

54. Ning Xu, Yue Xu, Jun Ma. Investigations on the structural, electronic, elastic and thermo-dynamic properties of niobium silicide under high temperature and pressure. Materials Sci-ence in Semiconductor Processing, 2015;30:636‒644. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2014.09.030.

55. Olifirov L.K., Kaloshkin S.D., Tcherdyntsev V.V., Danilov V.D. Development of antifriction composites based on polypyromellitimide ma-trix. Journal of Alloys and Compounds. 2014;586:S446‒S450. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.02.119

56. Burmistrov, I., Gorshkov, N., Anshin, S. et al. Enhancement of Percolation Threshold by Controlling the Structure of Composites Based on Nanostructured Carbon Filler. J. Electron. Mater. 2019;48:5111–5118.

57. https://doi.org/10.1007/s11664-019-07287-3