Керамические композиты на основе циркона и оксида циркония

В. Л. Уголков; Н. А. Ковальчук; А. В. Осипов; Л. П. Мезенцева; А. А. Акатов

doi:10.17073/1683-4518-2023-9-28-33

Керамические композиты на основе циркона и оксида циркония

В. Л. Уголков, Н. А. Ковальчук, А. В. Осипов, Л. П. Мезенцева, А. А. Акатов

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-9-28-33

Полный текст:

Аннотация

Путем спекания на воздухе в интервале 1000‒1300 °C наноразмерных порошков получены керамические композиты (1 ‒ x)ZrSiO4‒xZrO2 с низкой теплопроводностью. Исследована поверхность разрушения керамических образцов после спекания при 1300 °C с помощью электронной микроскопии и изучено их термическое поведение методом дилатометрии. Оценена химическая стойкость композитов методом выщелачивания в дистиллированной воде. В перспективе такие керамические композиты могут быть использованы в качестве матриц для длительного, экологически безопасного хранения и последующей окончательной изоляции от окружающей среды отдельных изотопов актинид-редкоземельной фракции высокоактивных отходов (ВАО).

Ключ. слова

керамические композиты (1 ‒ x)ZrSiO₄ ‒xZrO₂, поверхность разрушения, дилатометрия, теплопроводность, химическая стойкость,

Об авторах

В. Л. Уголков

ФГБУН «Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН»
Россия

к. т. н.

Санкт-Петербург

Н. А. Ковальчук

ФГБУН «Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН»
Россия
Санкт-Петербург

А. В. Осипов

ФГБУН «Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН»
Россия
Санкт-Петербург

Л. П. Мезенцева

ФГБУН «Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН»
Россия

к. х. н.

Санкт-Петербург

А. А. Акатов

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»
Россия
Санкт-Петербург

Список литературы

1. Grechanovsky, A. E. Molecular dynamics study of self-radiation damage in mineral matrices / A. E. Grechanovsky, V. S. Urusov, N. N. Eremin // J. Struct. Chem. ― 2016. ― Vol. 57, № 6. ― P. 1243‒1262.

2. Ferriss, E. D. A. Simulation of thermodynamic mixing properties of actinide-containing zircon solid solutions / E. D. A. Ferriss, R. C. Ewing, U. Becker // Am. Mineralog. ― 2010. ― Vol. 95. ― P. 229‒241.

3. Burakov, B. E. Synthesis of zircon for immobilization of actinides / B. E. Burakov, E. B. Anderson, V. S. Rovsha [et al.] // Mrs. Proc. ― 2011. ― Vol. 412. ― P. 33‒39.

4. Williford, R. E. Computer simulation of Pu3+ and Pu4+ substitutions in zircon / R. E. Williford, B. D. Begg, W. J. Weber, N. J. Hess // J. Nucl. Mater. ― 2000. ― Vol. 278, № 2/3. ― P. 207‒211.

5. Wang, L. Ceramics for high level radioactive waste solidification / L. Wang, T. Liang // J. Adv. Ceram. ― 2012. ― Vol. 1, № 3. ― P. 194‒203.

6. Rosado, E. Consolidation of complex-shape zircon compacts through agar gelation / E. Rosado, C. Alcázar, P. Recio, R. Moreno // Eur. J. Mater. ― 2022. ― Vol. 2, № 1. ― P. 407‒421.

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

8. Antsiferov, V. N. Effect of nanodispersed zirconium dioxide on the consolidation and properties of a zircon-based ceramic / V. N. Antsiferov, V. B. Kul’met’eva, S. E. Porozova, E. G. Krokhaleva // Refract. Ind. Ceram. ― 2011. ― Vol. 52, № 2. ― P. 151‒154. doi: 10.1007/s11148-011-9385-y. – Анциферов, В. Н. Влияние нанодисперсного диоксида циркония на процессы консолидации и свойства цирконовой керамики / В. Н. Анциферов, В. Б. Кульметьева, С. Е. Порозова, Е. Г. Крохалева // Новые огнеупоры. ― 2011. ― № 4. ― С. 35‒38.

9. Kul’met’eva, V. B. Producing a composite material based on zircon concentrate and nanocrystalline zirconium dioxide / V. B. Kul’met’eva, S. E. Porozova, E. S. Gnedina [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2009. ― Vol. 50, № 5. ― P. 372‒375. doi: 10.1007/s11148-010-9217-5. – Кульметьева, В. Б. Получение композиционного материала на основе цирконового концентрата и нанокристаллического диоксида циркония / В. Б. Кульметьева, С. Е. Порозова, Е. С. Гнедина [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2009. ― № 10. ― С. 33‒37.

10. Ding, Y. Low temperature and rapid preparation of zirconia/zircon (ZrO2 /ZrSiO4 ) composite ceramics by a hydrothermal-assisted sol-gel process / Y. Ding, Z. Jiang, Y. Li [et al.] // J. Alloys Compd. ― 2018. ― Vol. 735. ― P. 2190‒2196.

11. Rendtorff, N. M. Zircon-zirconia (ZrSiO4 ‒ZrO2 ) dense ceramic composites by spark plasma sintering / N. M. Rendtorff, S. Grasso, C. Hu [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2012. ― Vol. 32, № 4. ― P. 787‒793.

12. Huang, S. Effect of sintering aids on the microstructure and oxidation behavior of hot-pressed zirconium silicate ceramic / S. Huang, Q. Li, Z. Wang [et al.] // Ceram. Int. ― 2017. ― Vol. 43, № 1, Pt. A. ― P. 875‒879.

13. Кульметьева, В. Б. Цирконовая керамика с пониженной теплопроводностью / В. Б. Кульметьева, Б. Л. Красный, В. П. Тарасовский, А. Б. Красный // Конструкции из композиционных материалов. ― 2009. ― № 3. ― С. 48‒54.

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

15. Уголков, В. Л. Золь-гель синтез наноразмерных порошков и получение керамических композитов на основе циркона и оксида циркония / В. Л. Уголков, Н. А. Ковальчук, А. В. Осипов, Л. П. Мезенцева // Физ. хим. стекла. ― 2023. ― Т. 49, № 5. ― С. 307‒324. URL: https://journals.rcsi.science/0132-6651/article/view/139339?ysclid=lpl3qkswrm728008006.

16. Kwon, S. Y. Critical evaluation and thermodynamic optimization of the CaO‒ZrO2 and SiO2 ‒ZrO2 systems / S. Y. Kwon, I.-H. Jung // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2017. ― Vol. 37, № 3. ― P. 1105‒1116.

17. Suarez, G. Colloidal processing, sintering and mechanical properties of zircon (ZrSiO4 ) / G. Suarez, S. Acevedo, N. M. Rendtorff [et al.] // Ceram. Int. ― 2015. ― Vol. 41, № 1, Pt. B. ― P. 1015‒1021.

18. Elsandika, G. Synthesis of ZrSiO4 powders by a solgel method with varied calcination temperatures / G. Elsandika, A. D. C. Putri, M. Musyarofah, S. Pratapa // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. ― 2019. ― Vol. 496. ― Article № 012047.

19. Heindl, R. A. Thermal expansion of refractories to 1800 °C / R. A. Heindl // Bur. Stand. J. Res. ― 1933. ― Vol. 10, № 562. ― P. 715‒735.

20. Abajo, C. New processing route for ZrSiO4 by powder injection moulding using an eco-friendly binder system / C. Abajo, A. Jimenez-Morales, J. M. Torralba // Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. ― 2015. ― Vol. 54, № 3. ― P. 93‒100.

21. Musyarofah. Phase study of SiO2 ‒ZrO2 composites prepared from polymorphic combination of starting powders via a ball-milling followed by calcination / Musyarofah, R. Nurlaila, N. F. Muwwaqor [et al.] // J. Physics : Conf. Series. ― 2017. ― Vol. 817, № 1. ― Article № 012033.

22. Nakamori, F. Mechanical and thermal properties of ZrSiO4 / F. Nakamori, Y. Ohishi, H. Muta [et al.] // J. Nucl. Sci. Technol. ― 2017. ― Vol. 54, № 11. ― P. 1267‒1273.

Дополнительные файлы

Для цитирования: 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):28-33. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-9-28-33

For citation: Ugolkov V.L., Koval’chuk N.A., Osipov A.V., Mezentseva L.P., Akatov A.A. Ceramic composites based on zircon and zirconium dioxide. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2023;(9):28-33. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-9-28-33

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

ISSN 1683-4518 (Print)

Логин
Пароль