Рассматривается радиационно-термический синтез высокоплотной керамики со структурой двойной шпинели как энергоэффективная альтернатива длительному печному обжигу, ограниченному диффузией на границах зерен и достижением теоретической плотности. Описан подход к управлению дефектностью на наноуровне за счет генерации неравновесных вакансий и междоузлий при облучении, что интенсифицирует массоперенос и способствует формированию однородных твердых растворов, критичных для микротвердости, трещиностойкости и радиационной стойкости. Исследованы оксидные системы Mg(1−x)ZnxAl2O4 и MgAl(2−x)CrxO4, полученные из тонкодисперсных оксидов после длительного планетарного смешения, прессования при 200 МПа и последующей обработки на линейном ускорителе электронов (1,4 МэВ) при контролируемом нагреве 800-1400 °C и поглощенных дозах 50-500 кГр; фазовый состав подтвержден рентгенодифракцией, микроструктура – электронной микроскопией, плотность – гидростатическим методом. Показано нелинейное уплотнение с пороговой сменой механизмов в области около 300 кГр: для MgAl2O4 средняя плотность возрастает с 2,453 до 3,518 г/см³, относительная – с 68,52 до 98,27%, открытая пористость снижается с 28,43 до 0,84%, линейная усадка достигает 16,89%. Легирование повышает механические характеристики при сохранении хрупкого характера разрушения: HV увеличивается от 13,42 ГПа (MgAl2O4) до 16,12 ГПа (MgAl1,6Cr0,4O4), K1c – от 1,87 до 2,93 МПа·м^0,5, модуль упругости – до 291,5 ГПа. Теплопроводность демонстрирует закономерность, близкую к 1/Т (18,45→7,65 Вт/(м·К) при 298→1073 К), коэффициент термического расширения возрастает до 8,56·10^−6 К^−1. Радиационно-защитные свойства коррелируют с плотностью и составом: коэффициент ослабления γ-излучения при 0,662 МэВ достигает 0,312 см^−1 для Mg0,5Zn0,5Al2O4 и превосходит тяжелый бетон, обеспечивая уменьшение толщины защитных экранов; статистическая обработка и многофакторные модели поддерживают оптимизацию режимов и подтверждают воспроизводимость технологии для конструкций специального назначения.
Radiation-thermal synthesis of high-density ceramics with double spinel structure is considered as an energy-efficient alternative to prolonged furnace firing limited by diffusion at grain boundaries and achievement of theoretical density. An approach to controlling defectiveness at the nano level through generation of non equilibrium vacancies and interstitials under irradiation is described, which intensifies mass transfer and promotes formation of homogeneous solid solutions critical for microhardness, fracture toughness, and radiation resistance. Oxide systems Mg(1−x)ZnxAl2O4 and MgAl(2−x)CrxO4 obtained from fine-dispersed oxides after prolonged planetary mixing, pressing at 200 MPa, and subsequent processing on a linear electron accelerator (1.4 MeV) at controlled heating 800-1400 °C and absorbed doses 50-500 kGy were investigated; phase composition was confirmed by X-ray diffraction, microstructure by electron microscopy, density by hydrostatic method. Nonlinear densification with a threshold change of mechanisms around 300 kGy is shown: for MgAl2O4 average density increases from 2.453 to 3.518 g/cm³, relative density from 68.52 to 98.27%, open porosity decreases from 28.43 to 0.84%, linear shrinkage reaches 16.89%. Doping improves mechanical properties while maintaining brittle fracture character: HV increases from 13.42 GPa (MgAl2O4) to 16.12 GPa (MgAl1.6Cr0.4O4), K1c from 1.87 to 2.93 MPa·m^0.5, elastic modulus up to 291.5 GPa. Thermal conductivity shows a trend close to 1/T (18.45→7.65 Wt/(m·K) at 298→1073 K), coefficient of thermal expansion increases to 8.56·10^−6 K^−1. Radiation-shielding properties correlate with density and composition: attenuation coefficient for γ-radiation at 0.662 MeV reaches 0.312 cm^−1 for Mg0.5Zn0.5Al2O4 and exceeds heavy concrete, providing reduction in thickness of shielding screens; statistical processing and multifactor models support optimization of regimes and confirm reproducibility of the technology for special-purpose structures.