ДИОКСИДЫ ЦИРКОНИЯ И ГАФНИЯ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ОКСИДАМИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (Y, Sc, Er): НОВЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА И СВОЙСТВА

В статье представлен разработанный метод синтеза диоксидов циркония и гафния, легированных редкоземельными элементами (иттрием, эрбием и скандием), с использованием в качестве предшественников индивидуальных и биметаллических маловодных гидроксидов (МВГ) циркония и/или гафния общего состава ZrxHf1-x(OH)3÷1O0.5÷1.5∙0.9÷2.9H2O, 0≤х≤1, а также ацетатов редкоземельных элементов. В свою очередь, МВГ циркония и/или гафния получали гетерофазным взаимодействием оксихлоридов металлов с концентрированным раствором аммиака. Изучены физико-химические свойства маловодных гидроксидов. Показано, что при нагревании до температуры 1200 °С в случае термолиза индивидуальных МВГ образуются моноклинные модификации соответствующих диоксидов, а при термолизе биметаллического МВГ - твердые растворы замещения состава ZrxHf1-xO2 (0≤х≤1) моноклинной модификации. Установлена последовательность стадий термического разложения ацетатов иттрия, скандия и эрбия с образованием оксидов. Получены дикосиды циркония и гафния, стабилизированные оксидами редкоземельных элементов, следующих составов: Y2O3∙4ZrO2, Y2O3∙16ZrO2, Y2O3∙20ZrO2, Y2O3∙4HfO2, Y2O3∙6HfO2, Y2O3∙9HfO2, Y2O3∙18HfO2, Er2O3∙27ZrO2, Er2O3∙35ZrO2, Sc2O3∙10ZrO2, Sc2O3∙13ZrO2. Для каждой фазы рассчитаны параметры элементарной решетки. Установлено, что при стабилизации диоксида циркония оксидом иттрия образуются твердые растворы внедрения на основе ZrO2 тетрагональной модификации (в случае состава Y2O3∙4ZrO2 - кубической модификации), оксидом эрбия - твердые растворы внедрения на основе диоксида циркония кубической модификации; оксидом скандия - твердые растворы на основе диоксида циркония тетрагональной модификации. В статье представлены результаты измерения электропроводности.

цирконий, гафний, редкоземельные элементы, маловодный гидроксид, сорбция, легирование, термическое разложение

1. Simoncic P., Navrotsky A. Systematics of phase transition and mixing energetics in rare earth, yttrium, and scandium stabilized zirconia and hafnia // J. Amer. Cer. Soc. 2007. V. 90. № 7. P. 2143-2150.

2. Милявский В.В., Савиных А.С., Акопов Ф.А., Боровкова Л.Б., Бородина Т.И., Вальяно Г.Е., Зиборов В.С., Лукин Е.С., Попова Н.А. Керамика на основе частично стабилизированного диоксида циркония: синтез, структура и свойства при динамическом нагружении // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49. № 5. С. 707-712.

3. Конаков В.Г., Овидько И.А., Курапова О.Ю., Новик Н.Н., Арчаков И.Ю. Применение нанокерамики на основе диоксида циркония для изготовления мишеней магнетронного напыления // Materials Physics and Mechanics. 2014. Т. 21. № 3. С. 305-310.

4. Borik M.A., Bublik V.T., Kulebyakin A.V., Lomonova E.E., Milovich F.O., Myzina V.A., Osico V.V., Tabachkova N.Y. Phase composition, structure and mechanical properties of PSZ (partially stabilized zirconia) crystals as a function of stabilizing impurity content // J. Alloys and Comp. 2013. V. 586. № 1. P. 231-235.

5. Steele B. C.H., Heinzel A. Materials for fuel-cell technologies // Nature. 2001. V. 414. № 6861. P. 345-352.

6. Clarke D.R., Oechsner M., Padture N.P. Thermal-barrier coatings for more efficient gas-turbine engines // MRS Bull. 2012. V. 37. № 10. P. 891-898.

7. Jeon S., Im K., Yang H., Lee H., Sim H., Choi S., Jang T., Hwang H. Excellent electrical characteristics of lanthanide (Pr, Nd, Sm, Gd, and Dy) oxide and lanthanidedoped oxide for MOS gate dielectric applications // IEEE Electron Devices Meeting. 2001. P. 20.6.1-20.6.4.

8. Ewing R.C., Weber W.J., Lian J. Nuclear waste disposal-pyrochlore (A2B2O7): Nuclear waste form forthe immobilization of plutonium and «minor» actinides // J. Appl. Phys. 2004. V. 95. № 11. P. 5949-5971.

9. Nikishina E.E., Lebedeva E.N., Drobot D.V. Individual and bimetallic low-hydrated zirconium and hafnium hydroxides: synthesis and properties // Rus. J. Inorg. Chem. 2015. V. 60. № 8. P. 921-929.

10. Nikishina E.E., Lebedeva E.N., Prokudina N.A., Drobot D.V. Physicochemical properties of lowhydrated zirconium and hafnium hydroxides and their thermolysis products // Inorg. Mater. 2015. V. 51. № 12. P. 1190-1198.

11. Encyclopedia of Physical Science and Technology / Ed. by R.A. Meyers. 3rd edition. Analytical Chemistry. N.-Y.: Academic Press, 2001. P. 543-938.

12. Krishnamurthy N., Gupta C.K. Extractive Metallurgy of Rare Earths. Boca Raton: CRC Press, 2005. 504 p.