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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. Л. Уголков

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

Н. А. Ковальчук

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

А. В. Осипов

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: la_mez@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

Л. П. Мезенцева

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Author for correspondence.
Email: la_mez@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of separate deposition of components of compositions ((1-h)(H2SiO3-ZrO(OH)2)-xHf(OH)4) to obtain precursor powders

Download (148KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. X-ray diffractograms of (1-x)ZrSiO4-xHf(OH)4 precursor powders prepared by sol-gel method for x = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) and 1.0 (5); and bar diagram of ZrSiO4 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Download (167KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. DSC curves of (1-x) ZrSiO4-xHf(OH)4 precursor powders, where x = 0.0 (curve 1, dashed-2-dashed), 0.5 (curve 2, dashed), 0.7 (curve 3, dashed), 0.8 (curve 4, dotted), and 1.0 (curve 5, solid); and the corresponding TG curves (1, 2, 3, 4, and 5)

Download (163KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. X-ray diffractograms of powders of nominal composition (1-x)ZrSiO4-xHfO2 after firing at 850°C (2 h), where x = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) and 1.0 (5), and bar diagram of ZrSiO4 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Download (123KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. X-ray diffractograms of samples of nominal composition (1-x)ZrSiO4-xHfO2 after sintering at 1000°C (24 h), where x = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) and 1.0 (5), and bar diagram of ZrSiO4 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Download (145KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. X-ray diffractograms of samples of nominal composition (1-x)ZrSiO4-xHfO2 after sintering at 1200°C (24 h), where x = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) and 1.0 (5), and bar diagram of HfO2 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Download (130KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. X-ray diffractograms of ZrO2 (1) and HfO2 (2) after firing at 1300°C (24 h), and bar diagram of ZrO2 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Download (87KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. X-ray diffractograms of samples of nominal composition (1-x)ZrSiO4-xHfO2 after sintering at 1300°C (24 h), where x = 0.0 (1), 0.5 (2), 0.7 (3), 0.8 (4) and 1.0 (5), and bar diagram of HfO2 from the ICDD-PDF 2 2022 database

Download (141KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences