Получение керамических композитов на основе циркона и оксида гафния с использованием наноразмерных порошков-прекурсоров

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Золь-гель методом с раздельным осаждением компонентов синтезированы наноразмерные порошки-прекурсоры (1-х)ZrSiO4–хHf(OH)4, для получения керамических композитов (1–x)ZrSiO4–xHfO2. Термическое поведение порошков-прекурсоров изучали методом ДСК/ТГ. Путем спекания на воздухе в интервале температур 1000–1300°C порошков, предварительно прокаленных при 850°C, получены керамические композиты, определена их микротвердость. Методом РФА определен их фазовый состав.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Л. Уголков

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Н. А. Ковальчук

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Осипов

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Л. П. Мезенцева

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: la_mez@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Grechanovsky A.E., Urusov V. S., Eremin N. N. Molecular dynamics study of self-radiation damage in mineral matrices // J. Struct. Chem. 2016. V. 57. № 6. P. 1243–1262.
  2. Ferriss E.D.A., Ewing R. C., Becker U. Simulation of thermodynamic mixing properties of actinide-containing zircon solid solutions // Am. Mineralog. 2010. V. 95. P. 229–241.
  3. Burakov B.E., Anderson E. B., Rovsha V. S., Ushakov S. V., Ewing R. C., Lutze W., Weber W. J. Synthesis of zircon for immobilization of actinides // Mrs. Proc. 2011. V. 412. P. 33–39.
  4. Williford R.E., Begg B. D., Weber W. J., Hess N. J. Computer simulation of Pu3+ and Pu4+ substitutions in zircon // J. Nucl. Mater. 2000. V. 278. № 2–3. P. 207–211.
  5. Wang L., Liang T. Ceramics for high level radioactive waste solidification // J. Adv. Ceramics. 2012. V. 1. № 3. P. 194–203.
  6. Orlova A.I., Ojovan M. I. Ceramic mineral waste-forms for nuclear waste immobilization // Materials. 2019. V. 12. № 16. Article number 2638 (45 p.)
  7. Уголков В.Л., Ковальчук Н. А., Осипов А. В., Мезенцева Л. П. Золь-гель синтез наноразмерных порошков и получение керамических композитов на основе циркона и оксида циркония // Физ. хим. стекла. 2023. Т. 49. № 5. С. 522–531.
  8. Уголков В.Л., Ковальчук Н. А., Осипов А. В., Мезенцева Л. П., Акатов А. А. Керамические композиты на основе циркона и оксида циркония // Новые огнеупоры. 2023. № 9. С. 28–33.
  9. Curtis C.E., Doney L. M., Johnson J. R. Some properties of hafnium oxide, hafnium silicate, calcium hafnate, and hafnium carbide // J. Am. Ceram. Soc. 1954. V. 37. № 10. P. 458–465.
  10. Торопов Н.А., Барзаковский В. П., Бондарь И. А., Удалов Ю. П. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Выпуск второй. Металл-кислородные соединения силикатных систем. Изд-во «Наука», Ленингр. отд., Л., 1969. С. 181–193.
  11. Chaubey G.S., Yao Y., Makongo J. P.A., Sahoo P., Misra D., Poudeu P. F.P., Wiley J. B. Microstructural and thermal investigations of HfO2 nanoparticles // RSC Advances. 2012. V. 2. № 24. P. 9207–9213.
  12. Hong Q.-J., Ushakov S. V., Kapush D., Benmore C. J., Weber R. J.K., van de Walle A., Navrotsky A. Combined computational and experimental investigation of high temperature thermodynamics and structure of cubic ZrO2 and HfO2 // Scientific Reports. 2018. V. 8. N1. Article number 14962.
  13. Tang J., Fabbri J., Robinson R. D., Zhu Y., Herman I. P., Steigerwald M. L., Brus L. E. Solid-solution nanoparticles: Use of a nonhydrolytic sol-gel synthesis to prepare HfO2 and HfxZr1-xO2 nanocrystals // Chem. Mater. 2004. V. 16. № 7. P. 1336–1342.
  14. Никишина Е.Е., Лебедева Е. Н., Дробот Д. В. Индивидуальные и биметаллические маловодные гидроксиды циркония и гафния: Синтез и свойства // Журн. неорг. химии. 2015. Т. 60. № 8. С. 1018–1027.
  15. Chaubey G.S., Yao Y., Makongo J. P.A., Sahoo P., Poudeu P. F.P., Wiley J. B. Synthesis and thermal stability of HfO2 nanoparticles // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2010. V. 1256. Symposium N – Functional Oxide Nanostructures and Heterostructures, 2010, 1256-N16–35.
  16. Никишина Е.Е., Лебедева Е. Н., Прокудина Н. А., Дробот Д. В. Физикохимические свойства маловодных гидроксидов циркония и гафния и продуктов их термолиза // Неорг. матер. 2015. Т. 51. № 12. С. 1284–1292.
  17. Polovov I.B., Bataev Y. S., Afonin Y. D., Volkovich V. A., Chukin A. V., Rakhmatullin A., Boča M. Synthesis of HfO2 from hafnium hydroxide hydrate // J. Alloys Compds. 2019. V. 790. P. 405–412.
  18. Таран Г.С., Баранчиков А. Е., Иванова О. С., Жижин К. Ю. Гидротермальный синтез водных золей нанокристаллического HfO2 // Журн. неорг. химии. 2020. Т. 65. № 6. С. 725–730.
  19. Заплишный В.Н., Строганов А. М., Скородневская Л. А., Строганов В. М., Котляров И. С., Заводное В. С. Каталитический гидролиз алкоксисиланов и получение гидроизоляционных материалов на их основе // Химия и химическая технология. 1991. Т. 34. № 6. С. 4–15.
  20. Мурашкевич А.Н., Камлюк Т. В., Жарский И. М. Получение пленок SiO2 золь-гель методом и их свойства // Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия 3. Химия и технология неорганических веществ. 2003. Вып. XI. С. 92–107.
  21. Rakhimova O.V., Magomedova O. S., Tsyganova T. Investigation of hydrolytic polycondensation in systems based on tetraethoxysilane by DK-spectrophotometry method // Glass Phys. Chem. 2019. V. 45. № 6. P. 419–427.
  22. Kwon S.Y., Jung I.-H. Critical evaluation and thermodynamic optimization of the CaO–ZrO2 and SiO2–ZrO2 systems // J. Europ. Ceram. Soc. 2017. V. 37. № 3. P. 1105–1116.
  23. Rendtorff N.M., Grasso S., Hu C., Suarez G., Aglietti E. F., Sakka Y. Zircon-zirconia (ZrSiO4–ZrO2) dense ceramic composites by spark plasma sintering // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. № 4. P. 787–793.
  24. Кульметьева В.Б., Красный Б. Л., Тарасовский В. П., Красный А. Б. Цирконовая керамика с пониженной теплопроводностью // Конструкции из композиц. матер. 2009. № 3. С. 48–54.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема раздельного осаждения компонентов композиций ((1–х)(H2SiO3–ZrO(OH)2)–хHf(OH)4 для получения порошков-прекурсоров

Скачать (148KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы порошков-прекурсоров (1–х)ZrSiO4–хHf(OH)4, полученных золь-гель методом, для х = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) и 1.0 (5); и штрих диаграмма ZrSiO4 из базы данных ICDD-PDF 2 2022

Скачать (167KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ДСК кривые порошков-прекурсоров (1–х) ZrSiO4–хHf(OH)4, где х = 0.0 (кривая 1, штрих-2-х пунктирная), 0.5 (кривая 2, штрих-пунктирная), 0.7 (кривая 3, штриховая), 0.8 (кривая 4, пунктирная) и 1.0 (кривая 5, сплошная); а также соответствующие кривые ТГ (1, 2, 3, 4 и 5)

Скачать (163KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгеновские дифрактограммы порошков номинального состава (1–x)ZrSiO4–xHfO2 после обжига при 850°C (2 ч), где х = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) и 1.0 (5), и штрих диаграмма ZrSiO4 из базы данных ICDD-PDF 2 2022

Скачать (123KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Рентгеновские дифрактограммы образцов номинального состава (1–x)ZrSiO4–xHfO2 после спекания при 1000°C (24 ч), где х = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) и 1.0 (5), и штрих диаграмма ZrSiO4 из базы данных ICDD-PDF 2 2022

Скачать (145KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Рентгеновские дифрактограммы образцов номинального состава (1–x)ZrSiO4–xHfO2 после спекания при 1200°C (24 ч), где х = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) и 1.0 (5), и штрих диаграмма HfO2 из базы данных ICDD-PDF 2 2022

Скачать (130KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Рентгеновские дифрактограммы ZrO2 (1) и HfO2 (2) после обжига при 1300°C (24 ч), и штрих диаграмма ZrO2 из базы данных ICDD-PDF 2 2022

Скачать (87KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Рентгеновские дифрактограммы образцов номинального состава (1–x)ZrSiO4–xHfO2 после спекания при 1300°C (24 ч), где х = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) и 1.0 (5), и штрих диаграмма HfO2 из базы данных ICDD-PDF 2 2022

Скачать (141KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024