1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика и химия стекла
  4. T. 49, № 5, 2023

Физика и химия стекла, 2023, T. 49, № 5, стр. 522-531

Золь-гель синтез наноразмерных порошков и получение керамических композитов на основе циркона и оксида циркония

В. Л. Уголков 1, *, Н. А. Ковальчук 1, А. В. Осипов 1, Л. П. Мезенцева 1

1 Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова, РАН
199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2, Россия

* E-mail: ugolkov.52@mail.ru

Поступила в редакцию 20.03.2023
После доработки 10.05.2023
Принята к публикации 02.06.2023

Аннотация

Золь-гель методом с раздельным осаждением компонентов синтезированы наноразмерные порошки-прекурсоры (1 – х)ZrSiO4‒хZrO(OH)2 для получения керамических композитов (1 – x)ZrSiO4‒xZrO2. 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 с высокой микротвердостью. В перспективе такие керамические композиты могут быть использованы в качестве матриц для отверждения и изоляции высокоактивных отходов (ВАО).

Ключевые слова: золь-гель синтез, керамические композиты (1 – x)ZrSiO4‒xZrO2, термический анализ, микротвердость по Виккерсу

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. 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.

  7. 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.

  8. Burakov B.E., Anderson E.B., Zamoryanskaya M.V., Yagovkina M.A., Strykanova E.E., Nikolaeva E.V. Synthesis and study of 239Pu-doped ceramics based on zircon, (Zr,Pu)SiO4, and hafnon, (Hf,Pu)SiO4 // Mat. Res. Soc., Sym. Proc. Scientific Basis for Nuclear Waste Management XXIV. 2001. V. 663. P. 307‒313.

  9. Hanchar J.M., Burakov B.E., Zamoryanskaya M.V., Garbuzov V.M., Kitsay A.A., Zirlin V.A. Investigation of Pu incorporated into zircon single crystal // Mat. Res. Soc., Symp. Proc. Scientific Basis for Nuclear Waste Management XXVIII. 2004. V. 824. P. 225‒229.

  10. Orlova A.I., Ojovan M.I. Ceramic mineral waste-forms for nuclear waste immobilization // Materials. 2019. V. 12. № 16. Article number 2638 (45 p.)

  11. Анциферов В.Н., Кульметьева В.Б., Порозова С.Е., Крохалева Е.Г. Влияние нанодисперсного диоксида циркония на процессы консолидации и свойства цирконовой кепамики // Новые огнеупоры. 2011. № 4. С. 35‒38.

  12. Ding Y., Jiang Z., Li Y., Tang Y., Li J., Dong X., Dan H., Yang Y., Duan T. Low temperature and rapid preparation of zirconia/zircon (ZrO2/ZrSiO4) composite ceramics by a hydrothermal-assisted sol-gel process // J. Alloys Compd. 2018. V. 735. P. 2190–2196.

  13. 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.

  14. 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.

  15. Thandalam S.K., Ramanathan S., Sundarrajan S. Synthesis, microstructural and mechanical properties of ex situ zircon particles (ZrSiO4) reinforced Metal Matrix Composites (MMCs): A review // J. Mater. Res. Tech. 2015. V. 4. № 3. P. 333–347.

  16. Мезенцева Л.П., Кручинина И.Ю., Осипов А.В., Уголков В.Л., Попова В.Ф., Лапенок А.Ю. Влияние особенностей синтеза на физико-химические свойства нанопорошков и керамических образцов ортофосфатов РЗЭ // Физ. хим. стекла. 2015. Т. 41. № 6. С. 903–907.

  17. Fedorenko N.Y., Abiev R.S., Kudryashova Y.S., Ugolkov V.L., Khamova T.V., Zdravkov A.V., Kalinina M.V., Shilova O.A., Mjakin S.V. Comparative study of zirconia based powders prepared by co-precipitation and in a microreactor with impinging swirled flows // Ceram. Int. 2022. V. 49. № 9. P. 13 006‒13 013.

  18. Mezentseva L., Osipov A., Ugolkov V., Kruchinina I., Maslennikova T., Koptelova L. Sol–gel synthesis of precursors and preparation of ceramic composites based on LaPO4 with Y2O3 and ZrO2 additions // J. Sol–Gel Sci. Technol. 2019. V. 92. № 2. P. 427‒441.

  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. 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.

  23. 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.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика и химия стекла

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал