О получении методом соосаждения порошкового сырья для изготовления 3YSZ-керамики с пониженной теплопроводностью

С. А. Гынгазов; С. А. Шевелев; Е. А. Шевелева

doi:10.17073/1683-4518-2024-7-43-49

О получении методом соосаждения порошкового сырья для изготовления 3YSZ-керамики с пониженной теплопроводностью

С. А. Гынгазов, С. А. Шевелев, Е. А. Шевелева

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-7-43-49

Полный текст:

Аннотация

Исследованы состав и морфология керамических порошков на основе ZrO2, стабилизированного 3 мол. % Y2O3 (3YSZ), синтезированных методом химического соосаждения. Рассмотрено влияние типа исходных реагентов и температуры кристаллизационного отжига таких порошков на физикомеханические и теплофизические свойства спеченной из них керамики. Установлено, что выбор реагента влияет на морфологию и фазовый состав синтезированных порошков.

Ключ. слова

метод химического соосаждения, нитратные и хлоридные соли, кристаллизационный отжиг, циркониевая керамика, микроструктура, фазовый состав,

Об авторах

С. А. Гынгазов

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия

Д. т. н.

г. Томск

С. А. Шевелев

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия
г. Томск

Е. А. Шевелева

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Россия

К. т. н.

г. Томск

Список литературы

1. Piosik, A. Structural studies of degradation process of zirconium dioxide tetragonal phase induced by grinding with dental bur / A. Piosik, K. Zurowski, Z. Pietralik [et аl.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. ― 2017. ― Vol. 411. ― P. 85‒93. DOI: 10.1016/j.nimb.2017.07.024.

2. Bona, A. D. Zirconia as a dental biomaterial / A. D. Bona, O. E. Pecho, R. Alessandretti // Materials. ― 2015. ― Vol. 8, № 8. ― P. 4978‒4991. DOI: 10.3390/ma8084978.

3. Sharaf Aldeen, E. M. Altered zirconium dioxide based photocatalyst for enhancement of organic pollutants degradation: а review / E. M. Sharaf Aldeen, A. A. Jalil, R. S. Mim [et аl.] // Chemosphere. ― 2022. ― Vol. 304. ― Article 135349. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.135349.

4. Halley, S. A review of zirconia oxygen, NOx, and mixed potential gas sensors ― history and current trends / S. Halley, K. P. Ramaiyan, L.-K. Tsui [et аl.] // Sens. & Actuators B: Chem. ― 2022. ― Vol. 370. ― Article 132363. DOI: 10.1016/j.snb.2022.132363.

5. Agarkov, D. Structure and physical properties of ceramic materials based on ZrO2‒Sc2O3 for SOFC electrolytic membranes obtained from powders of melted solid solutions with a similar composition / D. Agarkov, B. Mikhail, E. Buzaeva [et аl.] // Membranes. ― 2023. ― Vol. 1, № 8. DOI: 10.3390/membranes13080717.

6. Lee, C. Phosphate modiﬁed TiO2/ZrO2 nanoﬁbrous web composite membrane for enhanced performance and durability of high temperature PEM fuel cells / C. Lee, J. H. Park, Y. Jeon [et аl.] // Energy Fuels. ― 2017. ― Vol. 31, № 7. ― P. 7645‒7652. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b00941.

7. Fergus, J. W. Electrolytes for solid oxide fuel cells / J. W. Fergus // J. Power Sources. ― 2006. ― Vol. 162, № 1. ― P. 30‒40. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2006.06.062.

8. Maiti, T. K. Zirconia-and ceria-based electrolytes for fuel cell applications: critical advancements toward sustainable and clean energy production / T. K. Maiti, J. Majhi, S. K. Maiti [et аl.] // Environ. Sci. Pollut. Res. ― 2022. ― Vol. 29. ― P. 64489‒64512. DOI: 10.1007/s11356-022-22087-9.

9. Guo, L. Improvement on the phase stability, mechanical properties and thermal insulation of Y2O3-stabilized ZrO2 by Gd2O3 and Yb2O3 co-doping / L. Guo, H. Guo, S. Gong [et аl.] // Ceram. Int. ― 2013. ― Vol. 39, № 8. ― P. 9009‒9015. DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.04.103.

10. Haoran, L. Thermo-physical properties of rare-earth hexaaluminates LnMgAl11O19 (Ln: La, Pr, Nd, Sm, Eu and Gd) magnetoplumbite for advanced thermal barrier coatings / L. Haoran, W. Chang-An, Z. Chenguang [et аl.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35, № 4. ― P. 1297‒1306. DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.04.103.

11. Palmero, P. Structural ceramic nanocomposites; a review of properties and powders’ synthesis methods / P. Palmero // Nanomaterials. ― 2015. ― Vol. 5, № 2. ― P. 656‒696. DOI: 10.3390/nano5020656.

12. Raza, M. Oxygen vacancy stabilized zirconia (OVSZ): a joint experimental and theoretical study / M. Raza, D. Cornil, J. Cornil [et аl.] // Scr. Mater. ― 2016. ― Vol. 124. ― P. 26‒29. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.06.025.

13. Hongmin, A. O. Preparation of scandia stabilized zirconia powder using microwave-hydrothermal method / A. O. Hongmin, X. Liu, H. Zhang [et al.] // J. Rare Earth. ― 2015. ― Vol. 33, № 7. ― P. 746‒751. DOI: 10.1016/S1002-0721(14)60480-4.

14. Guo, L. Dy2O3 stabilized ZrO2 as a toughening agent for Gd2Zr2O7 ceramic / L. Guo, M. Li, C. Zhang [et аl.] // Mater. Lett. ― 2017. ― Vol. 188. ― P. 142‒144. DOI: 10.1016/j.matlet.2016.11.038.

15. Yu, Q. Thermal stability of nanostructured 13 wt % Al2O3‒8 wt % Y2O3–ZrO2 thermal barrier coatings / Q. Yu, C. Zhou, H. Zhang [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2010. ― Vol. 30, № 4. ― P. 889‒897. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.10.005.

16. Комоликов, Ю. И. Свойства керамики, полученной на основе порошков механической смеси гидроксида циркония и допанта / Ю. И. Комоликов, И. Д. Кащеев, В. И. Пудов // Новые огнеупоры. ― 2019. ― № 3. ― С. 44‒48. DOI: 10.17073/1683-4518-2019-3-44-48.

17. Khan, A. N. Thermal cyclic behavior of air plasma sprayed thermal barrier coatings sprayed on stainless steel substrates / A. N. Khan, J. Lu // Surf. Coat. Technol. ― 2007. ― Vol. 201, № 8. ― P. 4653‒4658. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.10.022.

18. Shu, Z. Hydrothermal synthesis and selective photocatalytic properties of tetragonal star-like ZrO2 nanostructures / Z. Shu, X. Jiao, D. Chen // CrystEngComm. ― 2013. ― Vol. 15, № 21. ― P. 4288‒4294. DOI: 10.1039/C3CE40234G.

19. Abbasi, A. Synthesis of CoFe2O4 nanoparticles and investigation of the temperature, surfactant, capping agent and time eﬀects on the size and magnetic properties / A. Abbasi, H. Khojasteh, M. Hamadanian [et аl.] // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. ― 2016. ― Vol. 27. ― P. 4972‒4980. DOI: 10.1007/s10854-016-4383-y.

20. Blanco-Andujar, C. High performance multi-core iron oxide nanoparticles for magnetic hyperthermia: microwave synthesis, and the role of core-to-core interactions / C. Blanco-Andujar, D. Ortega, P. Southern [et аl.] // Nanoscale. ― 2015. ― Vol. 7, № 5. ― P. 1768‒1775. DOI: 10.1039/C4NR06239F.

21. Aydın, C. Synthesis, diﬀused reﬂectance and electrical properties of nanocrystalline Fe-doped ZnO via sol-gel calcination technique / C. Aydın, M. S. Abd El-sadek, K. Zheng [et аl.] // Opt. Laser Technol. ― 2013. ― Vol. 48. ― P. 447‒452. DOI: 10.1016/j.optlastec.2012.11.004.

22. Sui, R. Synthesis of metal oxide nanostructures by direct sol-gel chemistry in supercritical ﬂuids / R. Sui, P. Charpentier // Chem. Rev. ― 2012. ― Vol. 112, № 6. ― P. 3057‒3082. DOI: 10.1021/cr2000465.

23. Хомидов, Ф. Г. Золь-гель синтез и влияние оксидов неодима и европия на структурообразование моноалюмината кальция / Ф. Г. Хомидов, З. Р. Кадырова // Стекло и керамика. ― 2023. ― Т. 96, № 12. ― С. 42‒50. DOI: 10.14489/glc.2023.12.pp.042-050.

24. Тао, С. Синтез нанокерамики из диоксида циркония с помощью метода прекерамического полимера / С. Тао, С. Вэй, С. Чэнь [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2014. ― № 2. ― С. 40‒44. DOI: 10.17073/1683-4518-2014-2-40-44.

25. Li, A. Microstructure and synthesis mechanism of dysprosia-stabilized zirconia nanocrystals via chemical coprecipitation / A. Li, Y. Wang, X. Xiong [et аl.] // Ceram. Int. ― 2020. ― Vol. 46, № 9. ― P. 13331‒13341. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.02.112.

26. Майоров, Д. В. Влияние метода синтеза на физико-химические свойства и фазовый состав диоксида циркония / Д. В. Майоров, К. А. Яковлев // Стекло и керамика. ― 2022. ― Т. 95, № 6. ― C. 11‒22. DOI: 10.14489/glc.2022.06.pp.011-022.

27. Jiang, K. Low-thermal-conductivity and high-toughness CeO2‒Gd2O3 co-stabilized zirconia ceramic for potential thermal barrier coating applications / K. Jiang, L. Songbai, W. Xin // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2018. ― Vol. 38, № 11. ― P. 3986‒3993. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.04.065.

28. Qu, L. Theoretical and experimental studies of doping eﬀects on thermodynamic properties of (Dy, Y)‒ZrO2 / L. Qu, K.-L. Choy, R. Wheatley // Acta Mater. ― 2016. ― Vol. 114. ― P. 7‒14. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.04.007.

29. DOI: 10.1007/s10717-022-00434-z. Бабашов, В. Г. К вопросу о кристаллизации муллита в керамическом композиционном материале / В. Г. Бабашов, В. Г. Максимов, Н. М. Варрик // Стекло и керамика. ― 2021. ― Т. 94, № 12. ― C. 9‒14.

Дополнительные файлы

Для цитирования: Гынгазов С.А., Шевелев С.А., Шевелева Е.А. О получении методом соосаждения порошкового сырья для изготовления 3YSZ-керамики с пониженной теплопроводностью. Новые огнеупоры. 2024;(7):43-49. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-7-43-49

For citation: Gyngazov S.A., Shevelev S.A., Sheveleva E.A. On the production of powder raw materials by coprecipitation method for the manufacture of 3YSZ ceramics with reduced thermal conductivity. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2024;(7):43-49. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-7-43-49

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

ISSN 1683-4518 (Print)

Логин
Пароль