Email this article 
Наноразмерные композиции системы LaPO4–ZrSiO4: синтез и физико-химические свойства
- Authors: Мезенцева Л.П.1, Осипов А.В.1, Уголков В.Л.1, Коптелова Л.А.1, Хамова Т.В.1
-
Affiliations:
- Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН
- Issue: Vol 50, No 3 (2024)
- Pages: 51-61
- Section: Articles
- URL: https://rjonco.com/0132-6651/article/view/663270
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665124030056
- EDN: https://elibrary.ru/PNKAJR
- ID: 663270
Cite item
Open Access
Access granted
Abstract
В соответствии с разработанной оригинальной методикой золь-гель синтеза композиций, основанной на раздельном осаждении компонентов (с приемом обратного осаждения) с последующим их смешением и спеканием, получены керамические композиты на основе системы LaPO4–ZrSiO4. Разработанная методика золь-гель синтеза основана на раздельном приготовлении коллоидных растворов LaPO4·nH2O и гидроксида циркония ZrO(OH)2, образованных после добавления раствора аммиака (золей), и спиртового раствора ТЭОС (геля) обратным осаждением и последующем смешении золей и геля с добавлением раствора аммиака для получения соответствующих композиций ((1-х)LaPO4·nH2O–x(H2SiO3–ZrO(OH)2)) в виде гелей. Методами РФА, ДСК/ТГ и сорбтометрии изучены физико-химические свойства порошков. Измерена микротвердость по Виккерсу керамических образцов, спеченных в интервале температур 1000–1300°C. На способ синтеза композитов на основе LaPO4 получен патент РФ. Минералоподобные матрицы на основе системы LaPO4–ZrSiO4 предполагается использовать для иммобилизации и захоронения отдельных изотопов актинид-редкоземельной фракции высокоактивных отходов.
Full Text
About the authors
Л. П. Мезенцева
Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН
Author for correspondence.
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
В. Л. Уголков
Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН
Email: la_mez@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург
Л. А. Коптелова
Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН
Email: la_mez@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург
Т. В. Хамова
Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН
Email: la_mez@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург
References
- Омельяненко Б.И., Лившиц Т. С., Юдинцев С. В., Никонов Б. С. Природные и искусственные минералы – матрицы для иммобилизации актиноидов // Геология рудных месторожд. 2007. Т. 49. № 3. С. 175–217.
- Wang L., Liang T. Ceramics for high level radioactive waste solidification // J. Adv. Ceramics. 2012. V. 1. № 3. P. 194–203.
- Меркушин А. О. Получение химически устойчивых матриц для иммобилизации актиноидной фракции ВАО // Дисс. к. х.н., Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева. – Москва, 2003 – 198 с.
- Burakov B.E., Ojovan M. I., Lee W. E. Crystalline materials for actinide immobilization. Imperial College Press, UK, Materials for Engineering, 2011. V. 1. 197 p.
- Glorieux B., Matecki M., Fayon F., Coutures J. P., Palau S., Douy A., Peraudeau G. Study of lanthanum orthophosphates polymorphism, in view of actinide conditioning // J. Nucl. Mater. 2004. V. 326. № 2–3. P. 156–162.
- Dacheux N., Clavier N., Podor R. Versatile monazite: Resolving geological records and solving challenges in materials science. Monazite as a promising long-term radioactive waste matrix: Benefits of high-structural flexibility and chemical durability // Am. Mineral. 2013. V. 98. № 5–6. P. 833–847.
- Schlenz H., Heuser J., Neumann A., Schmitz S., Bosbach D. Monazite as a suitable actinide waste form // Z. Kristallogr. (Cryst. Mater.). 2013. V. 228. № 3. P. 113–123.
- Grechanovsky A.E., Eremin N. N., Urusov V. S. Radiation resistance of LaPO4 (monazite structure) and YbPO4 (zircon structure) from data of computer simulation // Phys. Solid State. 2013. V. 55. № 9. P. 1929–1935.
- Vinogradova N.S., Shchapova Yu.V., Votyakov S. L., Ryzhkov M. V., Ivanovskii A. L. Electronic structure and relative radiation stability of orthophosphates LnPO4 (Ln = Ce, Nd, Sm) // J. Struct. Chem. 2014. V. 55. № 5. P. 809–815.
- Бураков Б. Е. Кристаллические минералоподобные матрицы для иммобилизации актиноидов. // Дисс. д.г-м.н., СПбГУ. – СПб. 2012. – 186 с.
- 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.
- Ferriss E.D.A., Ewing R. C., Becker U. Simulation of thermodynamic mixing properties of actinide-containing zircon solid solutions // Am. Mineral. 2010. V. 95. P. 229–241.
- Ding Y., Lu X., Dan H., Shu X., Zhang S., Duan T. Phase evolution and chemical durability of Nd-doped zircon ceramics designed to immobilize trivalent actinides // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 8. P. 10044–10050.
- Ding Y., Lu X., Tu H., Shu X., Dan H., Zhang S., Duan T. Phase evolution and microstructure studies on Nd3+ and Ce4+ co-doped zircon ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2015. V. 35. № 7. P. 2153–2161.
- Orlova A.I., Ojovan M. I. Ceramic mineral waste-forms for nuclear waste immobilization // Materials. 2019. V. 12. № 16. Article number 2638 (45 p.)
- Мезенцева Л.П., Осипов А. В., Криворучко Ю. А., Ловцова О. Ю., Коптелова Л. А. Керамические композиты на основе наноразмерного ортофосфата лантана и их свойства // Физ. хим. стекла. 2021. Т. 47. № 6. С. 678–688.
- Мезенцева Л.П., Осипов А. В., Уголков В. Л., Акатов А. А., Коптелова Л. А. Керамические композитные матрицы на основе системы LaPO4–ZrO2: Получение и свойства // Физ. хим. стекла. 2022. Т. 48. № 1. С. 44–51.
- Uraki A., Murata M., Daimon K., Hikichi Y., Ota T. Preparation and properties of LaPO4-contained machinable ZrSiO4 ceramics // Preprints of Annual Meeting of the Ceramic Society of Japan, 2003. Session ID: 1E35.
- Гречановский А.Е., Еремин Н. Н. Атомистическое компьютерное моделирование свойств смешения твердых растворов циркон ZrSiO4 – монацит LaPO4 и циркон ZrSiO4 – ксенотим YPO4 // Минерал. журн. 2016. Т. 38. № 3. С. 47–55.
- Патент РФ на изобретение № 2791913 «Способ получения керамических композитов на основе ортофосфата лантана», заявка № 2022108547, приоритет изобретения 29.03.2022 г., зарегистрировано в Гос. реестре изобретений РФ 14 марта 2023 г., патентообладатель Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН, авторы Мезенцева Л. П., Осипов А. В., Масленникова Т. П., Кручинина И. Ю., Любимцев А. С., Акатов А. А.
- Xiong X.-b., Ni X.-y., Li Y.-y., Chu C.-c., Zou J.-z., Zeng X.-r. A novel strategy for preparation of Si-HA coatings on C/C composites by chemical liquid vaporization deposition/hydrothermal treatments // Sci. Reports. 2016. V. 6. № 1. Article number 31309.
- Mezentseva L., Osipov A., Ugolkov V., Kruchinina I., Popova V., Yakovlev A., Maslennikova T. Solid solutions and thermal transformations in the nanosized LaPO4–YPO4–H2O and LaPO4–LuPO4–H2O systems // J. Ceram. Sci. Tech. 2014. V. 5. № 3. P. 237–244.
- Mezentseva L., Keskinova M., Osipov A., Sychov M. Preparation of ceramic composites by microwave sintering // Glass Phys. Chem. 2023. V. 49. Suppl. 1. P. S54–S65.
- Min W., Miyahara D., Yokoi K., Yamaguchi T., Daimon K., Hikichi Y., Matsubara T., Ota T. Thermal and mechanical properties of sintered LaPO4–Al2O3 composites // Mater. Res. Bull. 2001. V. 36. № 5–6. P. 939–945.
- Du A., Pan W., Ahmad K., Shi S., Qu Z., Wan C. Enhanced mechanical properties of machinable LaPO4/Al2O3 composites by spark plasma sintering // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2009. V. 6. № 2. P. 236–242.
- Wang R., Pan W., Chen J., Fang M., Meng J. Effect of LaPO4 content on the microstructure and machinability of Al2O3/LaPO4 composites // Mater. Lett. 2002. V. 57. № 4. P. 822–827.
- Suarez G., Acevedo S., Rendtorff N. M., Garrido L. B., Aglietti E. F. Colloidal processing, sintering and mechanical properties of zircon (ZrSiO4) // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 1. Pt. B. P. 1015–1021.
- Huang S., Li Q., Wang Z., Cheng X., Wen H. Effect of sintering aids on the microstructure and oxidation behavior of hot-pressed zirconium silicate ceramic // Ceram. Int. 2017. V. 43. № 1. Pt. A. P. 875–879.
- Rendtorff N.M., Grasso S., Hu C., Suarez G., Aglietti E. F., Sakka Y. Dense zircon (ZrSiO4) ceramics by high energy ball milling and spark plasma sintering // Ceram. Int. 2012. V. 38. № 3. P. 1793–1799.
- Gauna M.R., Conconi M. S., Suarez G., Aglietti E., Rendtorff N. M. Dense zircon (ZrSiO4) ceramics by a simple milling-sintering route // Sci. Sintering. 2018. V. 50. № 1. P. 15–28.
- Nakamori F., Ohishi Y., Muta H., Kurosaki K., Fukumoto K.-i., Yamanaka S. Mechanical and thermal properties of ZrSiO4 // J. Nucl. Sci. Technol. 2017. V. 54. № 11. P. 1267–1273.
Supplementary files
