Open Access Open Access  Restricted Access Subscription Access

Changes of structural properties in polycrystalline Y2O3 under heating in air and vacuum


https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-11-36-46

Full Text:




Abstract

Polymorphic transformations of the first and second kind of ordered cubic structure of type C into a disordered type C1 were found during heating of samples of Y2O3 oxide grade (99,990 %) for phosphors in the range of 500‒1100 °C in air and vacuum. Phase transformations proceed without changing the chemical composition of oxygen in yttrium oxide. The mechanism of these phase transformations defined. The chemical composition of oxygen of the cubic structure of the C1 Y2O3 type is stable up to 1750 °C in air and up to 1500 °C in vacuum. The change in the chemical composition of Y2O3‒х with respect to the oxygen content in the C1 type cubic phase was studied. The cubic structure of the C1-type phase with a changed chemical composition in terms of the oxygen content in the lattice is stable up to 2200 °C in air and up to 1800 °C in vacuum and decomposes at these temperatures into an ordered type C and a monoclinic type B phase. For the first time it waхs theoretically substantiated. For the first time theoretically substantiated and experimentally confirmed, that when samples are heated in the range of 2100‒2200 °C in vacuum and deviate from stoichiometry to the composition YO1,37, the cubic phase of type Cх decomposes into 2 cubic phases: type F with the content of anionic vacancies and lattice parameter a = 0,5265 nm (space group Fm3m) and cubic phase of C11 type by the content of color centers and lattice parameter a = 1,0652 nm (space of group Ia3). The refractive indices of these phases were determined. The phases of type F and C11 are stable when heated in air to 1300 °C. In the range of 1300‒1400 °C in air, yttrium oxide samples are oxidized to the composition Y2O3. The energy of oxygen migration into the yttrium oxide lattice was defined and the rates diffusion of oxygen during oxidation was calculated and dependence from the temperature of oxidation was found. Ill. 7. Ref. 27.

About the Author

A. E. Solovyeva
Сухумский физико-технический институт Академии наук Абхазии
Russian Federation


References

1. Корниенко, О. А. Фазовое равновесие в бинарной системе La2O3‒Dy2O3, СеО2‒La2O3‒Dy2O3 / О. А. Корниенко, С. В. Юшкевич, О. И. Быков [и др.] // Журнал Европейского керамического общества. ― 2022. ― Т. 42, № 13. — C. 5820‒5830.

2. Баковец, В. В. Особенности изменения интенсивностей основных полос фотолюминесценции ионов Tb3+ и их сателлитов в поликристаллическом люминофоре Gd2O3 : Tb (3 мол. %) / В. В. Баковец, П. Е. Плюснин, И. В. Юшина [и др.] // Физика твердого тела. ― 2023. ― Т. 65, вып. 5. ― С. 839‒848.

3. Волченкова, З. С. Электропроводность и подвижность ионов кислорода в Y2O3 с малыми добавками HfO2 / З. С. Волченкова, Д. С. Зубанова // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. ― 1978. ― Т. 11, № 12. ― С. 2211‒2215.

4. Sasaki, K. Electronic conductivity in Ln2O3 in solid solution with ZrO2 / K. Sasaki, H. P. Seifer , L .J. Gauckler // J. Electrochemical. ― 1994. ― Vol. 141, № 10. ― P. 2759‒2768.

5. Бакунов, В. С. Керамика из огнеупорных окислов / В. С. Бакунов, В. Л. Балкевич, И. Я. Гузман. ― М. : Металлургия, 1977. ― 304 с.

6. Плотников, В. В. Полупроводниковые приборы / В. В. Плотников, Л. К. Чиркин. ― М. : Высшая школа, 1987. ― 479 с.

7. Шевченко, В. Я. Техническая керамика / В. Я. Шевченко, С. М. Баринов. ― М. : Наука, 1993. ― 235 с.

8. Коряжкина, М. Н. Исследование влияния оптического излучения на резистивное переключение МДП-структур на основе ZrO2 (Y) на подложках Si (001) с наноструктурами Ge / M. Н. Коряжкина, Д. О. Филатов, М. Е. Шенина [и др.] // ФТП. ― 2022. ― Т. 56, вып. 8. ― С. 723‒727.

9. Исаев, A. Г. Исследование свойств филаментов в структурах на основе HfO2 при помощи атомносиловой микроскопии с измерением проводимости / А. Г. Исаев, А. Е. Пермякова // Журнал технической физики. ― 2023. ― Т. 56, вып. 8. ― С. 1143‒1151.

10. Кнунянц, И. Л. Химическая энциклопедия. Т. 2 / И. Л. Кнунянц. ― М. : Советская энциклопедия, 1990. ― 671 с.

11. Глушкова, В. Б. Диоксид гафния и его соединения с оксидами редкоземельных элементов / В. Б. Глушкова, М. В. Кравчинская, А. К. Кузнецов, П. А. Тихонов. ― Л. : Наука, 1984. ― 176 с.

12. Соловьева, А. Е. Влияние дефектов структуры на фазовые превращения в оксиде иттрия на воздухе и в вакууме / А. Е. Соловьева // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. ― 1985. ― Т. 21, № 5. ― С. 808‒813.

13. Шмытько, И. М. Влияние межкристаллитных границ на образование новых структурных состояний в простых редкоземельных оксидах / И. М. Шмытько, Г. Р. Ганеева, А. С. Аронин // Физика твердого тела. ― 2015. ― Т. 57, вып. 1. ― С. 128‒134.

14. Шмытько, И. М. Тетрагональные нанокристаллические фазы в оксидах Re2O3 / И. М. Шмытько, В. В. Кедров // Физика твердого тела. ― 2022. ― Т. 64, вып. 12. ― С. 2034‒2039.

15. Соловьева, А. Е. Изучение кристаллической структуры и электрофизических свойств поликристаллического оксида иттрия при нагреве в вакууме / А. Е. Соловьева // Успехи прикладной физики. ― 2019. ― Т. 7, № 2. ― С. 177‒187.

16. Swamy, V. High-temperature powder X-ray diffraction of yttria to melting point / V. Swamy, N. A. Dubrovinskaya, L. S. Dubrovinsky // J. Mater. Res. ― 1999. ― Vol. 14, № 2. ― P. 456‒459.

17. Атоу, Т. Ударно-индуцированный фазовый переход M2O3 (M ― соединения типа Sc, Y, Sm, Gd и In) / Т. Атоу, К. Кусаба, К. Фукуока [et al.] // J. Solud. State Chem. ― 1990. ― Vol. 89, № 2. ― Р. 378‒384.

18. Ион, Родика-Мариана. Зеленый синтез наночастиц оксида иттрия / Родика-Мариана Ион // Справочник по экологии синтеза наноматериалов и соединений Александрина Нута. ― 2021. ― Вып. 16. ― С. 3.

19. Solovyeva, A. E. Changes in the crystal structure and electrophysical properties of polycrystalline indium oxide when heated in air / A. E. Solovyeva // Refract. Ind. Ceram. ― 2022. ― Vol. 62, № 6. ― Р. 711‒716. https://doi.org/10.1007/s11148-022-00667-z.

20. Соловьева, А. Е. Дефекты структуры и фазовые превращения в поликристаллическом диоксиде церия при нагреве в вакууме и на воздухе / А. Е. Соловьева // Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 7. ― С. 42‒51.

21. Агарков, Д. А. Влияние термообработки на теплопроводность монокристаллов твердых растворов на основе ZrO2, стабилизированных оксидами скандия и иттрия / Д. А. Агарков, М. А. Борик, Г. М. Кораблева [et al.] // Физика твердого тела. ― 2020. ― Т. 62, вып. 12. ― С. 2093‒2100.

22. Borik, M. G. Phase composition and mechanical properties of Sm2O3 partialle stabilized zirconia crystals / M. G. Borik, A. V. Kulebyakina, E. E. Lomonovа [et al.] // Journal of Crystal Growth. ― 2022. ― № 11. ― P. 1630‒1642.

23. Solov'eva, A. E. Formation of cubic modification oxides with type C BCC lattice in polycrystalline dioxides of hafnium, zirconium, and cerium upon heating / A. E. Solov'eva // Refract. Ind. Ceram. ― 2022. ― Vol. 62, № 6. ― Р. 175‒184. https://doi.org/10.1007/s11148-021-00579-4.

24. Самсонов, Г. В. Физико-химические свойства окислов / Г. В. Самсонов. ― М. : Металлургия, 1978. ― 471 с.

25. Диасамидзе, Э. М. Структурные изменения поликристаллического оксида алюминия при высокотемпературном отжиге в вакууме и ионном облучении / Э. М. Диасамидзе, В. Л. Марков, Г. Я. Романова, А. Е. Соловьева // Физика и химия обработки материалов. ― 1989. ― № 6. ― С. 25‒30.

26. Solov'eva, A. E. Structural changes in polycrystalline indium oxide after irradiation with xenon ions / A. E. Solov'eva // Refract. Ind. Ceram. ― 2022. ― Vol. 63, № 6. ― Р. 634‒641. https://doi.org/10.1007/s11148-023-00783-4.

27. Katagiri, S. A new high-temperature modification of face-centered cubic Y2O3 / S. Katagiri, N. Ishizawa, F. Marumo // Powder Diffraction. ― 1993. ― Vol. 8, № 1. ― P. 60‒65.


Supplementary files

For citation: Solovyeva A.E. Changes of structural properties in polycrystalline Y2O3 under heating in air and vacuum. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2023;(11):36-46. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-11-36-46

Views: 61

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


ISSN 1683-4518 (Print)