1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 58, № 12, 2022

Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 12, стр. 1353-1360

Кинетика формирования алюмоиттриевого граната из аморфной фазы гидрозолей разного состава

А. Д. Плехович 1, *, Е. Е. Ростокина 1, А. М. Кутьин 1, Е. М. Гаврищук 1

1 Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук
603951 Нижний Новгород, Тропинина ул., 49, БОКС-75, Россия

* E-mail: plekhovich@ihps-nnov.ru

Поступила в редакцию 12.09.2022
После доработки 30.09.2022
Принята к публикации 05.10.2022

Аннотация

Методом синхронного термоанализа с рентгенофазовым контролем температурных изменений состава продуктов превращения исследованы условия и кинетика кристаллизации алюмоиттриевого граната (YAG) из рентгеноаморфной смеси гидратированных соединений иттрия и алюминия (стехиометрической по соотношению указанных элементов), содержащих различные функциональные группы. Методика обработки неизотермических ДСК-данных с нахождением кинетических параметров и выявлением деталей механизма формирования YAG может служить основой прогнозирования температурно-временных режимов образования как граната, так и других функциональных кристаллических фаз при создании модифицированных и новых керамических и стеклокерамических материалов.

Ключевые слова: YAG, синтез, ДСК, кинетика, рентгенограммы

Список литературы

  1. Alahrache S., Deschamps M., Lambert J., Suchome M.R., Meneses D.D.S., Matzen G., Massiot D., Véron E., Allix M. Crystallization of Y2O3–Al2O3 Rich Glasses: Synthesis of YAG Glass-Ceramics // J. Phys. Chem. 2011. V. 115. № 42. P. 20499–20506. https://doi.org/10.1021/jp207516w

  2. Lee S.-H., Kochawattana S., Messing G.L., Dumm J.Q., Quarles G., Castillo V. Solid-State Reactive Sintering of Transparent Polycrystalline Nd:YAG Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2006. V. 89. № 6. P. 1945–1950. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01051.x

  3. Yang H., Qin X., Zhang J., Ma J., Tang D., Wang S., Zhang Q. The Effect of MgO and SiO2 Codoping on the Properties of Nd:YAG Transparent Ceramic // Opt. Mater. 2012. V. 34. P. 940–943. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2011.05.029

  4. Нейман А.Я., Ткаченко Е.В., Квичко Л.А., Коток Л.А. Условия и макромеханизм твердофазного синтеза алюминатов иттрия // Журн. неорган. химии. 1980. Т. 25. № 9. С. 2340–2345.

  5. Книга М.В., Михалева Т.Г., Ривкин М.Н. Взаимодействие в системе Y2O3–Al2O3 // Журн. неорган. химии. 1972. Т. XVII. № 6. С. 1744–1746.

  6. Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции: монография. М.: Химия, 1978. 360 с.

  7. Браун М. Реакции твердых тел: пер. с англ. / Под ред. Брауна М. и др. М.: Мир, 1983. 360 с.

  8. Mackevičius M., Ivanauskas F., Kareiva A. Mathematical Approach to Investigation of Synthesis Processes at High Temperatures // Cent. Eur. J. Chem. 2012. V. 10. № 2. P. 380–385. https://doi.org/10.2478/s11532-011-0159-7

  9. Ivanauskas F., Kareiva A., Lapcun B. Computational Modelling of the YAG Synthesis // J. Math. Chem. 2009. V. 46. № 2. P. 427–442. https://doi.org/10.1007/s10910-008-9468-2

  10. Ivanauskas F., Kareiva A., Lapcun B. Diffusion and Reaction Rates of the Yttrium Aluminium Garnet Synthesis Using Different Techniques // J. Math. Chem. 2007. V. 42. № 2. P. 191–199. https://doi.org/10.1007/s10910-006-9092-y

  11. Chen D., Jordan E.H., Gell M. Sol–Gel Combustion Synthesis of Nanocrystalline YAG Powder from Metal-Organic Precursors // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. № 8. P. 2759–2762. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02505.x

  12. Agular E.A., Drew R.A.L. Kinetic Study of Amorphous Yttria–Alumina Fibers Using Differential Thermal Analysis // J. Am. Ceram. Soc. 2003. V. 86. № 1. P. 43–48. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb03275.x

  13. Wang H.M., Simmonds M.C., Huang Y.Z., Rodenburg J.M. Synthesis of Nanosize Powders and Thin Films of Yb-Doped YAG by Sol Gel Methods // Chem. Mater. 2003. V. 15. P. 3474–3480. https://doi.org/10.1021/cm021248l

  14. Gong H., Tang D.-Y., Huang H., Han M.-D., Sun T., Zhang J., Qin X.-P., Ma J. Crystallization Kinetics and Characterization of Nanosized Nd:YAG by a Modified Sol–Gel Combustion Process // J. Cryst. Growth. 2013. V. 362. P. 52–57. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2011.12.087

  15. Hou J.G., Kumar R.V., Qu Y.F., Krsmanovic D. Crystallization kinetics and Densification of YAG Nanoparticles from Various Chelating Agents // Mater. Res. Bull. 2009. V. 44. P. 1786–1791. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2009.03.001

  16. Wu Y.-C., Parola S., Marty O., Villanueva-Ibanez M., Mugnier J. Structural Characterizations and Waveguiding Properties of YAG Thin Films Obtained by Different Sol–Gel Processes // Opt. Mater. 2005. V. 27. P. 1471–1479. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2005.03.004

  17. Kutyin A.M., Rostokina E.Ye., Gavrishchuk E.M., Drobotenko V.V., Plekhovich A.D., Yunin P.A. Kinetics and Formation Mechanism of Yttrium Aluminum Garnet from an Amorphous Phase Prepared by the Sol–Gel Method // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 10616–10623. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.04.161

  18. Hay R.S. Phase Transformations and Microstructure Evolution in Sol-Gel Derived Yttrium-Aluminum Garnet Films // J. Mater. Res. 1993. V. 8. № 3. P. 5780–604. https://doi.org/10.1557/JMR.1993.0578

  19. Lo J.-R., Tseng T.-Y. Phase Development and Activation Energy of the Y2O3–Al2O3 System by a Modified Sol-Gel Process // Mater. Chem. Phys. 1998. V. 56. № 1. P. 56–62. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(98)00139-4

  20. Ramanujam P., Vaidhyanathan B., Binner J., Anshuman A., Spacie C. A Comparative Study of the Synthesis of Nanocrystalline Yttrium Aluminium Garnet Using Sol-Gel and Co-Precipitation Methods // Ceram. Int. 2014. V. 40. P. 4179–4186. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.08.075

  21. Wang R., Wang Y., Fu Z., Wang H., Wang W., Zhang J., Zhu J. Phase Evolution of YAG Powders Obtained by Gel Combustion Combined with Field-Assisted Rapid Synthesis Technique // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 6. P. 7289–7295. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.02.009

  22. Балабанов С.С., Гаврищук Е.М., Дроботенко В.В., Плехович А.Д., Ростокина Е.Е. Влияние состава исходных золей гидроксидов алюминия-иттрия на свойства порошков алюмоиттриевого граната // Неорган. материалы. 2014. Т. 50. № 10. С. 1114–1118.

  23. Tanner P.A., Law P.-T., Fu L. Preformed Sol-Gel Synthesis and Characterization of Lanthanide Iondoped Yttria-Alumina Materials // Phys. Status. Solidi A. 2003. V. 199. № 3. P. 403–415. https://doi.org/10.1002/pssa.200306683

  24. King B., Liu Y., Baskaran S., Laine R., Halloran J. Yttrium Aluminate Ceramic Fibers via Pre-Ceramic Polymer and Sol-Gel Routes // Part. Sci. Technol. 1992. V. 10. № 3–4. P. 121–132. https://doi.org/10.1080/02726359208906606

  25. King B.H., Halloran J.W. Polycrystalline Yttrium Aluminum Garnet Fibers from Colloidal Sols // J. Am. Ceram. Soc. 1995. V. 78. № 8. P. 2141–2148. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1995.tb08626.x

  26. King B.H., Liu Y. et al. Fabrication of Yttrium Aluminate Fibers // Ceram. Eng. Sci. Proc. 1993. V. 14. № 7/8. P. 639–650.

  27. Li C., Zhang Y., Gong H., Zhang J., Nie L. Preparation, Microstructure and Properties of Yttrium Aluminum Garnet Fibers Prepared by Sol–Gel Method // Mater. Chem. Phys. 2009. V. 113. P. 31–35. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2008.07.025

  28. Han K.R., Koo H.J., Lim C.S. A Simple Way to Synthesize Yttrium Aluminum Garnet by Dissolving Yttria Powder in Alumina Sol // J. Am. Ceram. Soc. 1999. V. 82. № 6. P. 1598–1600. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1999.tb01966.x

  29. Borchard H.J., Daniels F. The Application of Differential Thermal Analysis to the Study of Reaction Kinetics // J. Am. Chem. Soc. 1957. P. 79. https://doi.org/10.1021/ja01558a009

  30. Колмогоров А.Н. К статистической теории кристаллизации металлов // ИЗВ. АН СССР. Сер. матем. 1937. Т. 1. № 3. С. 355–359.

  31. Johnson W.A., Mehl R.F. Reaction Kinetics in Processes of Nucleation and Growth // Trans. AIME. 1939. V. 135. P. 416.

  32. Беленький В.З. Геометрико-вероятностные модели кристаллизации. М.: Наука, 1980. 84 с.

  33. Янг Д. Кинетика разложения твердых веществ: пер. с англ. Печерской К.А. / Под ред. Ерофеева Б.В. М.: Мир, 1969. С. 263.

  34. Gong H., Tang D.-Y., Huang H., Han M.-D., Sun T., Zhang J., Qin X.-P., Ma J. Crystallization Kinetics and Characterization of Nanosized Nd:YAG by a Modified Sol–Gel Combustion Process // J. Cryst. Growth. 2013. V. 362. P. 52–57. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2011.12.087

  35. Llόpiz J., Romero M.M., Jerez A., Laureiro Y. Generalization of the Kissinger Equation for Several Kinetic Models // Thermochim. Acta. 1995. V. 256. P. 205–211. https://doi.org/10.1016/0040-6031(94)02109-2

  36. Wu Y.-C., Parola S., Marty O., Villanueva-Ibanez M., Mugnier J. Structural Characterizations and Waveguiding Properties of YAG Thin Films Obtained by Different Sol–Gel Processes // Opt. Mater. 2005. V. 27. P. 1471–1479. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2005.03.004

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал