Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С
Впервые исследованы фазовые равновесия в тройной системе ZrO2—СеО2—Sm2O3 при температуре 1500 °С во всем интервале концентраций. Образцы различных составов были приготовлены из их азотнокислых растворов выпариванием, сушкой и термообработкой при температурах 1100 и 1500 °C. Использовали рентгенофазо...
Saved in:
| Published in: | Современные проблемы физического материаловедения |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28647 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С / Е.Р. Андриевская, О.А. Корниенко, И.С. Беляева, Г.П. Барбарош // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 18. — С. 3-14. — Бібліогр.: 41 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860231386534772736 |
|---|---|
| author | Андриевская, Е.Р. Корниенко, О.А. Беляева, И.С. Барбарош, Г.П. |
| author_facet | Андриевская, Е.Р. Корниенко, О.А. Беляева, И.С. Барбарош, Г.П. |
| citation_txt | Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С / Е.Р. Андриевская, О.А. Корниенко, И.С. Беляева, Г.П. Барбарош // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 18. — С. 3-14. — Бібліогр.: 41 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современные проблемы физического материаловедения |
| description | Впервые исследованы фазовые равновесия в тройной системе ZrO2—СеО2—Sm2O3 при температуре 1500 °С во всем интервале концентраций. Образцы различных составов были приготовлены из их азотнокислых растворов выпариванием, сушкой и термообработкой при температурах 1100 и 1500 °C. Использовали рентгенофазовый и микроструктурный анализы. Установлено образование в системе твердых растворов на основе различных кристаллических модификаций исходных компонентов и упорядоченной фазы Sm2Zr2O7.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:21:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 541.123.3
Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония
и самария при температуре 1500 °С
Е. Р. Андриевская, О. А. Корниенко, И. С. Беляева, Г. П. Барбарош
Впервые исследованы фазовые равновесия в тройной системе ZrO2—СеО2—Sm2O3
при температуре 1500 °С во всем интервале концентраций. Образцы различных
составов были приготовлены из их азотнокислых растворов выпариванием,
сушкой и термообработкой при температурах 1100 и 1500 °C. Использовали
рентгенофазовый и микроструктурный анализы. Установлено образование в
системе твердых растворов на основе различных кристаллических модификаций
исходных компонентов и упорядоченной фазы Sm2Zr2O7.
Системы с оксидами циркония, церия и самария являются весьма
перспективными в качестве альтернативных материалов для разработки
теплозащитных покрытий и топливных ячеек [1—14]. Сведения о фазовых
равновесиях в тройной системе ZrО2—CeО2—Sm2O3 в литературе
отсутствуют. Фазовые соотношения в ограничивающих бинарных системах
ZrО2—CeО2, ZrO2—Sm2O3, CeO2—Sm2O3 исследованы в работах [3, 15—41].
В субсолидусной области диаграммы состояния системы ZrO2—CeO2
при 1500 °C установлено существование следующих фаз: тетрагональной
T-ZrO2 в интервале концентраций 0—18% (мол.) CeO2 и кубической F-CeO2
в интервале 56—100% (мол.) CeO2. Найдена широкая двухфазная
область (F + T) в интервале концентраций 18—56% (мол.) CeO2.
Тетрагональная модификация ZrO2 не закаливается после изотермической
выдержки при 1500 °C в течение 24 ч, вместо нее наблюдали образование
моноклинной фазы M-ZrO2 [37—41].
В системе ZrО2—Sm2O3 при 1500 °С обнаружены области твердых
растворов на основе тетрагональной и кубической модификаций ZrО2,
моноклинной (В) модификации Sm2O3 и упорядоченной фазы,
кристаллизующейся в кубической структуре типа пирохлора Sm2Zr2O7
(Py) [19, 15—32]. Растворимость Sm2О3 в Т-ZrO2 невелика и составляет
0,5% (мол.). Границы двухфазной области Т + F простираются от 0,5 до
20% (мол.) Sm2O3. Область твердых растворов на основе флюорита
претерпевает разрыв в температурном и концентрационном интервалах
существования соединения Sm2Zr2O7 (Py). Границы области гомогенности
F-фазы при 1500 °С составляют 35—51 и 73—79% (мол.) ZrO2. Период а
кристаллических решеток твердых растворов возрастает от 0,5319 до
0,5349 нм и от 0,5178 до 0,5217 нм. Области гомогенности F-фазы
отделены узкими двухфазными полями F + Py от поля твердых растворов
на основе упорядоченной фазы Sm2Zr2O7 со структурой типа пирохлора.
Протяженность гетерогенной двухфазной области Py + F с увеличением
содержания оксида самария расширяется. Границы протяженности
области гомогенности цирконата самария составляют 30—45% (мол.) Sm2O3
(1500 °C). Период а кубической решетки твердых растворов Sm2Zr2O7
возрастает от 1,0488 нм для состава 67% (мол.) ZrО2—33% (мол.) Sm2O3 до
© Е. Р. Андриевская, О. А. Корниенко, И. С. Беляева, Г. П. Барбарош, 2009
3
1,0667 нм для состава* 55% (мол.) ZrО2—45% (мол.) Sm2O3. С уменьшением
температуры область гомогенности твердых растворов на основе фазы
пирохлора постепенно расширяется и достигает максимальной величины
вблизи эвтектоида, где ожидается реакция между фазами флюорита и
пирохлора с В-формой оксида самария, протекающая по схеме F-ZrO2 ⇄
⇄ Sm2Zr2O7 + B-Sm2O3. Область гомогенности <B-Sm2O3> невелика. Раство-
римость ZrO2 в В-модификации Sm2O3 составляет ~2% (мол.). Периоды
кристаллической решетки В-фазы изменяются от а = 1,3925, в = 0,3632 и
с = 0,8680 нм, γ = 90,42 для чистого Sm2O3 до а = 1,3897, в = 0,3630 и с =
= 0,8679 нм, γ = 90,10 для предельного состава твердого раствора [35].
Исследования твердофазного взаимодействия СеО2 (тип флюорита, F) и
Sm2O3 (моноклинная модификация оксидов редкоземельных элементов, В)
при температуре 1500 °С показали, что в системе CeO2—Sm2O3 образуются три
типа твердых растворов, имеющих кубическую структуру, на основе
F-CeO2 и С-Sm2O3, а также моноклинной модификации на основе В-Sm2O3,
которые разделены двухфазными полями F + С и С + В [1, 2, 4—14]. Границы
областей гомогенности твердых растворов на основе F-CeO2, С- и В-Sm2O3
определены составами с 25—30, 65—70 и 97—98% (мол.) Sm2O3 при 1500 °С.
Растворимость Sm2O3 в F-модификации CeO2 составляет 25% (мол.)
при 1500 °C (150 ч). Период а кристаллической решетки возрастает от
0,5409 нм для чистого CeO2 до 0,5446 нм для образца, содержащего
30% (мол.) Sm2O3. Растворимость CeO2 в моноклинной В-модификации
оксида самария составляет 3% (мол.) CeO2 (1500 °С). Периоды
кристаллической решетки В-фазы изменяются от а = 1,3925, в = 0,3632 и
с = 0,8680 нм, γ = 90,42 для чистого Sm2O3 до а = 1,3018, в = 0,3578 и с =
= 0,9437 нм, γ = 88,5 для предельного состава твердого раствора [36].
В настоящей работе впервые изучено взаимодействие оксида церия с
оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С.
Для исследования приготовлены образцы, составы которых лежат на
шести лучах: ZrO2—(50CeO2—50Sm2O3), СеО2—(69ZrO2—31Sm2O3),
ZrO2—(30СеО2—70Sm2O3), ZrO2—(70СеО2—30Sm2O3), ZrO2—(10СеО2—
90Sm2O3), Sm2O3—(60ZrO2—40СеО2) и трех изоконцентратах: 21% (мол.)
ZrO2, 45% (мол.) ZrO2 и 85% (мол.) ZrO2.
В качестве исходных веществ использовали азотнокислые соли
циркония ZrO(NO3)2·2Н2О и церия Сe(NO3)3·6H2O марки Ч, азотную
кислоту марки ЧДА и Sm2O3 марки СмО-Е с содержанием основного
компонента не менее 99,99%.
Образцы готовили с концентрационным шагом 1—5% (мол.) из
растворов нитратов с последующим выпариванием и разложением
нитратов на оксиды путем прокаливания при 1200 °C в течение 2 ч.
Порошки прессовали в таблетки диаметром 5 и высотою 4 мм под
давлением 10 МПа. Образцы подвергали двухступенчатой термообработке:
в печи с нагревателями H23U5T (фехраль) при 1100 °С (2276 ч),
некоторые образцы обжигали при 700 °C (40 ч) и в печи с нагревателями
из дисилицида молибдена (MoSi2) при 1500 °С (150 ч) на воздухе.
Скорость подъема температуры составляла 3,5 град/мин.
__________________________________
* Здесь и далее составы сплавов приведены в % (мол.).
4
Фазовый состав образцов исследовали методами рентгенофазового
анализа и электронной микроскопии. Рентгенофазовый анализ образцов
выполняли методом порошка на установке ДРОН-1,5 при комнатной
температуре (CuKα-излучение). Скорость сканирования составляла 1—
4 град/мин в диапазоне углов 2θ = 15—80°. Периоды кристаллических
решеток рассчитывали методом наименьших квадратов, используя
программу LATTIC с погрешностью не ниже 0,0004 нм для кубической фазы.
Микроструктуры изучали на шлифах отожженных образцов с
использованием данных локального рентгеноспектрального анализа
(ЛРСА), выполненного на установке Superprobe-733 (JEOL, Japan, Palo
Alto, CA), в обратно (BSE) и во вторично отраженных электронах (SE),
характеристическом излучении. Состав образцов контролировали с
помощью спектрального и химического анализов выборочно. По
полученным результатам построено изотермическое сечение диаграммы
состояния системы ZrО2—СеО2—Sm2O3 (рис. 1). Исходный химический и
фазовый составы образцов, обожженных при 1500 °С, периоды
кристаллических решеток фаз, находящихся в равновесии при заданной
температуре, приведены в табл. 1.
Новые фазы в тройной системе ZrО2—СеО2—Sm2O3 не обнаружены.
Характер фазовых равновесий в системе при 1500 °С определяет строение
ограничивающих двойных систем. Установлено, что в тройной системе
образуются твердые растворы на основе тетрагональной модификации ZrО2,
Рис. 1. Изотермическое сечение диаграммы состояния системы
ZrО2—СеО2—Sm2O3 при температуре 1500 °C (○ — одно-, ◑ —
двух-, ● — трехфазные образцы).
5
Т а б л и ц а 1 . Исходный химический и фазовый составы образцов
системы ZrО2—СеО2—Sm2O3 после обжига образцов при 1500 °C
(по данным РФА)
Химический состав,
% (мол.)
Период а кристалли-
ческих решеток фаз,
±0,0002 нм
ZrO2 CeO2 Sm2O3
Фазовый состав
<F> Ру <С>
1 2 3 4 5 6 7
Разрез ZrO2—(50CeO2—50Sm2O3)
0 50 50 <С> — — 1,0916
5,4 47,3 47,3 <С> + <F> — — 1,0870
16 42 42 <С>↓ + <F> 0,5403 — 1,0807
20 40 40 <С>↓ + <F> 0,5403 — —
22 39 39 <С> + <F> 0,5392 — 1,0779
27 36,5 36,5 <F> 0,5380 —
32 34 34 <F> 0,5368 — —
37 31,5 31,5 <F> 0,5342
42 29 29 <F> 0,5328 — —
47 26,5 26,5 <F> + Ру 0,5303 1,0606
57 21,5 21,5 <F> + Ру 0,5277 — —
62 19 19 <F> 0,5252 — —
67 16,5 16,5 <F> 0,5239 — —
72 14 14 <F> — —
76 12 12 <F> 0,5211 — —
81,4 9,3 9,3 <F> 0,5184 —
86 7 7 <F>осн. + <Т>* 0,5153 — —
90,8 4,6 4,6 <F> + <Т>*↑ 0,5167 — —
95,4 2,3 2,3 <F> + <Т>*↑ 0,5168
96 2 2 <F>↓ + <Т>* 0,5166 — —
97,2 1,4 1,4 <F>↓↓ + <Т>*↑↑ 0,5135 —
98 1 1 <Т>* — — —
99 0,5 0,5 <Т>* — — —
Разрез СеО2—(69ZrO2—31Sm2O3)
69 0 31 Ру — 1,0547 —
68 1 31 Ру — 1,0542 —
67 2 31 Ру — 1,0554 —
66 3 31 Ру — 1,0555 —
6
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7
66 4 30 Ру — 1,0542 —
65 5 30 Ру — 1,0542 —
62 10 28 Ру — 1,555 —
59 14 27 Ру — 1,0543 —
55 19 26 Ру — 1,0583 —
49 29 22 <F> + Ру сл. 0,5292 1,0584 —
46 34 20 <F> 0,5297 — —
42 39 19 <F> 0,5305 — —
39 44 17 <F> 0,5311 — —
36,1 48,4 15,5 <F> 0,5310 — —
32 53 15 <F> 0,5330 — —
28 58 14 <F> 0,5333 — —
25 63 12 <F> 0,5341 — —
18 74 8 <F> 0,5358 — —
11 84 5 <F> 0,5374 — —
3 95 2 <F> 0,5392 — —
Разрез ZrO2—(30СеО2—70Sm2O3)
2 29,5 68,5 <C> — — 1,0886
3 29 68 <C> — — 1,0888
4 29 67 <C> — — 1,0896
5 29 66 <C> — — 1,0897
10 27 63 <C> — — 1,0856
15 25,5 59,5 <F> + <C> — — 1,0840
25 23 52 <F> + <C> 0,5392
30 21 49 <F> + <C> 0,5385
40 18 42 <F> 0,5349 — —
45 16,5 38,5 <F> 0,5341 — —
50 15 35 <F> + Ру 0,5309 1,0621 —
55 13,5 31,5 <F> + Ру 0,5293 1,0584 —
65 10 25 <F>сл. + Ру осн. 0,5260 1,0521 —
70 9 21 <F> + Ру 0,5239 1,0478 —
75 8,5 16,5 <F> 0,5215 — —
80 6 14 <F> 0,5193 — —
85 5,5 9,5 <F> + <Т>* 0,5172 — —
90 3 7 <F> + <Т>*↑ 0,5187 — —
Продолжение таблицы 1
7
1 2 3 4 5 6 7
Разрез ZrO2—(70СеО2—30Sm2O3)
5 66,5 28,5 <F> + <C> 0,5282 — —
15 59,6 25,4 <F> + <C> 0,5397 — 1,0794
25 52 23 <F> 0,5369 — —
30 49 21 <F> 0,5357 — —
45 38 17 <F> 0,5303 — —
50 35 15 <F> 0,5287 — —
55 31,5 13,5 <F> 0,5271 —
60 27,5 12,5 <F> 0,5260 — —
65 24 11 <F> 0,5260 — —
70 20,5 9,5 <F> 0,5208 — —
75 17 8 <F> 0,520 — —
80 14 6 <F> + <Т>*сл. 0,5184 — —
85 10 5 <F> + <Т>**осн. 0,5178 — —
90 7 3 <F> + <Т>**осн. 0,5208 — —
Разрез ZrO2—(10СеО2—90Sm2O3)
2 10 88 <B> + <С> — — —
3 10 87 <B> + <С> — — —
4 9,5 86,5 <B> + <С> + <F> — — —
5 9,5 85,5 <B>↓ + <С> + <F> — — —
10 9,5 80,5 <B>↓ + <С> + <F> — — —
15 9 76 <B>↓ + <С>↑ + <F> — — —
Изоконцентрата 21% (мол.) ZrO2
21 1 78 <B> + <F> — — —
21 2 77 <B> + <F>↑ — — —
21 3 76 <B> + <F> + <C> cл. — — —
21 4 75 <B> + <F> + <C>сл. — — —
21 5 74 <B>сл. + <F> + <C>сл. — — —
21 10 69 <B> + <F> + <C> — — —
21 20 59 <F> + <C> — — —
21 25 54 <F> + <C> — — —
21 30 49 <F> + <C> — — —
21 35 44 <F> + <C>↓ — — —
21 45 34 <F> + <C>сл. — — —
Разрез Sm2O3—(60ZrO2—40СеО2)
60 40 0 <F> + <Т> 0,5288 — —
57 38 5 <F> 0,5249 — —
53,5 36,5 10 <F> 0,5269 — —
Продолжение таблицы 1
8
1 2 3 4 5 6 7
39,5 25,5 35 <F> 0,5349 — —
36 24 40 <F>осн. + <C>сл. 0,5374 — —
9,5 5,5 85 <B> + <F> + <C> 0,5380 — —
6 4 90 <B> + <F> + <C> 0,5414 — —
3 2 95 <B> + <F> + <C> — — —
2,5 1,5 96 <B> + <F> + <C> — — —
2 1 97 <B> — — —
1,5 0,5 98 <B> — — —
0,5 0,5 99 <B> — — —
Изоконцентрата 45% (мол.) ZrO2
45 0 55 <F> 0,5349 — —
45 1 54 <F> 0,5358 — —
45 2 53 <F> 0,5357 — —
45 3 52 <F> 0,5363 — —
45 4 51 <F> 0,5363 — —
45 10 45 <F> 0,5358 — —
45 20 35 <F> — — —
45 45 10 <F> 0,5292 — —
45 50 5 <F> 0,5239 — —
45 55 0 <F> + <T> (a = 0,5292;
c = 0,5315; c/a = 1,0)
0,5287 — —
Изоконцентрата 85% (мол.) ZrO2
85 0 15 <F> — — —
85 11 4 <F>осн. + <Т>* — — —
85 12 3 <F> + <Т>** — — —
85 13 2 <F> + <Т>**осн. — — —
85 14 1 <F>сл. + <Т>**осн. — — —
85 15 0 <Т>** — — —
*При заданных условиях (Т = 1500 °C, 150 ч, на воздухе) T-ZrO2 не закаливается,
вместо нее наблюдали образование M-ZrO2.
**Наблюдали частичную стабилизацию Т-фазы. Обозначения фаз: <T>, <В>, <C>,
<F> — твердые растворы на основе соответственно тетрагональной модификации
ZrO2, моноклинной модификации Sm2O3, кубической модификации Sm2O3,
кубической модификации со структурой типа флюорита СеО2, ZrO2; Ру —
упорядоченная фаза Sm2Zr2O7 типа пирохлора. Другие обозначения: осн. — фаза,
составляющая основу; сл. — следы фазы; ↑ — содержание фазы увеличивается;
↓ — количество фазы уменьшается.
моноклинной (В) и кубической (С) модификаций Sm2O3, кубической
модификации типа флюорита (F) СеО2 и ZrO2, а также упорядоченной
фазы типа пирохлора Sm2Zr2O7 (Py).
9
Рис. 2. Концентрационные зависимости периодов
решетки твердых растворов типа флюорита (F, ◇) и
фазы Sm2Zr2O7 (Ру, □) по разрезу СеО2—(69ZrО2—
31Sm2O3) в системе ZrO2—CeO2—Sm2O3 после обжига
образцов при 1500 °C.
Рис. 3. Концентрационные зависимости периодов решетки
твердых растворов типа флюорита (F, △) по разрезу
ZrO2—(50CeО2—50Sm2О3) в системе ZrO2—CeO2—Sm2O3
после обжига образцов при 1500 °C.
Для определения положения границ фазовых полей наряду с данными о
фазовом составе образцов использовали концентрационные зависимости
периодов решетки образующихся фаз (рис. 2, 3).
Используя значения периодов решетки фазы флюорита, а также данные
РФА и электронной микроскопии, определили координаты фигуративных
точек фазы F в вершинах конодного треугольника трехфазной области
(В + F + С) (табл. 2).
Систему триангулировали по разрезу Sm2Zr2O7—СеO2. Составы
сосуществующих в равновесии фаз на основе пирохлора и F-CeO2
находятся в плоскости сечения, что подтверждено экспериментально.
10
Т а б л и ц а 2 . Координаты вершин конодного треугольника в
системе ZrO2—CeO2—Sm2O3 после обжига образцов при 1500 °С
(по данным РФА)
Состав фаз, % (мол.)
Фаза
ZrO2 СеO2 Sm2O3
<В> 2 1 97
<С> 8 28 64
<F> 35 3 62
В области с высоким содержанием ZrO2 образуются твердые растворы на
основе тетрагональной модификации ZrO2. Узкое поле этих твердых
растворов вытянуто вдоль стороны ограничивающей двойной системы
ZrO2—СеO2 (0—18СеO2). Растворимость La2О3 в T-ZrO2 невелика и
составляет ~0,5% (мол.), что подтверждается данными РФА. Граница
области гомогенности твердого раствора на основе Т-ZrO2 при 1500 °C
проходит вблизи двухфазных (Тосн + Fсл) составов: 85ZrO2—14СеO2—
1Sm2O3, 90ZrO2—7СеO2—3Sm2O3. Следует отметить, что твердые растворы
на основе Т-модификации ZrO2 не закаливаются при используемых
режимах охлаждения. На дифрактограммах, полученных при комнатной
температуре, присутствуют линии, характерные для М-ZrO2. Для ряда
составов вдоль изоконцентраты 85% (мол.) ZrO2 и по разрезу ZrO2—
(70СеО2—30Sm2O3) наблюдали частичную стабилизацию Т-фазы (см.
табл. 1). На дифрактограммах проявлялись линии Т-фазы с незначи-
тельными следами моноклинной модификации ZrO2.
Твердый раствор на основе цирконата самария при 1500 °С состоит в
равновесии с фазой типа флюорита. Растворимость оксида церия в Sm2Zr2O7
по разрезу CeО2—(69ZrО2—31Sm2О3) составляет 20% (мол.) СеО2.
Период а кубической решетки твердых растворов Sm2Zr2O7 (Py)
изменяется от 1,0547 нм для бинарной фазы до 1,0583 нм для предельного
состава твердого раствора, содержащего 55ZrO2—19СеO2—26Sm2O3 (рис. 2,
см. табл. 1).
Границы области гомогенности фазы Sm2Zr2O7 в равновесии с F-ZrO2
при 1500 °С имеют заметную протяженность вдоль стороны ZrO2—Sm2О3
концентрационного треугольника.
Аналогично тому, как в двойной системе ZrO2—Sm2О3 наблюдали
разрыв растворимости фазы F-ZrO2 в области существования соединения
Sm2Zr2O7, поле твердых растворов на основе флюорита в тройной системе
также претерпевает разрыв в области образования упорядоченной фазы
типа пирохлора. Границы области гомогенности F-фазы проходят от
соответствующих координат в ограничивающих двойных системах ZrO2—
CeO2 (56—100CeO2), ZrO2—Sm2О3 (65—49 и 27—21Sm2O3), CeO2—Sm2O3
(60—100CeO2). Верхняя концентрационная граница области гомогенности
фазы типа флюорита вогнута в направлении к вершине ZrO2 и проходит
ниже изоконцентраты 85% (мол.) ZrO2. Протяженность F-фазы
определяют двухфазные составы, содержащие 85ZrO2—5,5СеO2—
9,5Sm2O3 по лучу ZrO2—(30СеО2—70Sm2O3) и 86ZrO2—7СеO2—7Sm2O3
11
по лучу ZrO2—(50СеО2—50Sm2O3). Нижняя концентрационная граница
области гомогенности на основе F-фазы также прогибается в сторону
увеличения содержания ZrO2 и проходит выше изоконцентраты
21% (мол.) ZrO2. Границы области гомогенности F-фазы по лучу ZrO2—
(50СеО2—50Sm2O3) составляют 29—46 и 61—84% (мол.) ZrO2. Период а
кристаллической решетки кубической фазы типа флюорита изменяется от
0,5392 до 0,5303 нм и от 0,5277 до 0,5153 нм для предельных составов
твердых растворов (см. рис. 3, табл. 1).
Предельная растворимость F-фазы по лучу CeО2—(69ZrО2—31La2О3)
составляет 49% (мол.) ZrO2. Период а решетки при этом изменяется от
0,5409 нм для чистого CeO2 до 0,55292 нм для двухфазного образца
состава 49ZrO2—29СеO2—22Sm2O3 (см. рис. 2, табл. 1).
Фаза типа флюорита присутствует в двухфазных (B + F), (C + F), (T + F),
(Py + F) и трехфазной (С + F + В) областях.
Протяженность F-фазы определяют рентгенограммы образцов следующих
составов: 27ZrO2—36,5СеO2—36,5Sm2O3, 62ZrO2—19СеO2—19Sm2O3,
46ZrO2—34СеO2—20Sm2O3, 80ZrO2—6СеO2—14Sm2O3, 75ZrO2—8,5СеO2—
16,5Sm2O3, 45ZrO2—16,5СеO2—38,5Sm2O3, 40ZrO2—18СеO2—42Sm2O3,
75ZrO2—17СеO2—8Sm2O3, 25ZrO2—52СеO2—23Sm2O3 — однофазные (F);
49ZrO2—29СеO2—22Sm2O3, 57ZrO2—21,5СеO2—21,5Sm2O3, 70ZrO2—
9СеO2—21Sm2O3, 50ZrO2—15СеO2—35Sm2O3 — двухфазные (F + Py);
22ZrO2—39СеO2—39Sm2O3, 15ZrO2—59,6СеO2—25,4Sm2O3, 30ZrO2—
21СеO2—49Sm2O3 — двухфазные (F + C); 85ZrO2—5,5СеO2—9,5Sm2O3 —
двухфазный (F + T).
В подсистеме с низким содержанием ZrO2 обнаружены области
гомогенности твердых растворов на основе В- и С-модификаций оксида
самария. Область гомогенности твердого раствора на основе В-Sm2O3
простирается до 3% (мол.) СеO2 и 2% (мол.) ZrO2 в соответствующих
двойных системах и проходит вблизи состава 2ZrO2—1СеO2—97Sm2O3 на
разрезе Sm2O3—(60ZrO2—40СеО2). Границы двухфазной области В + F
подтверждены данными РФА образцов составов 21ZrO2—1СеO2—78Sm2O3,
21ZrO2—2СеO2—77Sm2O3, расположенных вдоль изоконцентраты
21% (мол.) ZrO2.
Граница области гомогенности С-модификации Sm2O3 выгнута в
направлении к вершине ZrО2 и проходит от соответствующих координат
в ограничивающей двойной системе СеО2—Sm2O3 (30—60СеО2).
Протяженность С-фазы определяют двухфазные составы образцов,
содержащие 16ZrO2—42СеO2—42Sm2O3 по лучу ZrO2—(50CeO2—50Sm2O3) и
15ZrO2—25,5СеO2—59,5Sm2O3 по лучу ZrO2—(30СеО2—70Sm2O3).
В области системы с высоким содержанием Sm2O3 обнаружена одна
трехфазная область (С + F + В), образование которой обусловлено
термодинамической стабильностью моноклинной В-фазы.
Таким образом, изучены фазовые равновесия в системе ZrO2—СеO2—
Sm2O3 при 1500 °С. Для исследованной системы характерно образование
ограниченных твердых растворов на основе различных кристаллических
модификаций исходных компонентов.
Изотермическое сечение системы ZrO2—СеO2—Sm2O3 при 1500 °С
пересекает одну трехфазную (С + F + В) и пять двухфазных (F + C, B + C,
Py + F, F + T, В + F) областей.
12
Результаты исследований могут быть использованы для оптимизации
выбора добавок при разработке нового класса композиционных
материалов с повышенными физико-механическими характеристиками.
Авторы выражают признательность Украинскому Государственному
Фонду Фундаментальных Исследований за финансовую поддержку
настоящей работы (грант “ДФФД-РФФИ-2009” № Ф28.3/030 по договору
Ф28/252-2009; І-7-09).
1. Sato K., Yugami H., Hashida T. Effect of rare-earth oxides on fracture properties of ceria
ceramics // J. of Mater. Science. ― 2004. ― 39. ― P. 5765―5770.
2. Mori Toshiyuki, Drennan John, Lee Jong-Heun et al. Oxide ionic conductivity and
microstructures of Sm- or La-doped CeO2-based systems // Solid State Ionics. ― 2002. ―
154―155. ― P. 461―466.
3. Chong Wang, Matsvei Zinkevich and Fritz Aldinger. Experimental investigation and
thermodynamic modeling of the ZrO2―SmO1.5 system // J. Amer. Ceram. Soc. ― 2007. ― 90,
No. 7. ― P. 2210―2219.
4. Chung Dong Yong, Lee Eil Hee. Microwave-induced combustion synthesis of
Ce1-xSmxO2-x/2 powder and its characterization // J. Alloys and Comp. ― 2004. ― 374,
No. 1―2. ― P. 69―73.
5. Dudek Magdalena, Bogusz Władislaw, Zych Łukasz, Trybalska Barbara. Electrical and
mechanical properties of CeO2-based electrolytes in the CeO2―Sm2O3―M2O3 (M ― La, Y)
system // Solid State Ionics. ― 2008. ― 179. ― P. 164―167.
6. Li Ji-Guang, Ikegama Takayasi, Mori Toshiyuki, and Wada Toshiaki. Reactive Ce0.8RE0.2O1.9
(RE = La, Nd, Sm, Gd, Dy, Y, Ho, Er, and Yb) powders via carbonate coprecipitation.
1. Synthesis and characterization // Chem. Mater. — 2001. — 13. — P. 2913—2920.
7. Pebng Ranran, Xia Changrong, Peng Dingkun, Meng Guangyao. Effect of powder
preparation on (CeO2)0.8(Sm2O3)0.1 thin film properties by screen-printing // Mater. Lett. —
2004. — 58. — P. 604—608.
8. Mandal Balaji P., Grover V., Tyagi A. K. Phase relations, lattice thermal expansion in
Ce1-xEuxO2-x/2 and Ce1-xSmxO2-x/2 systems and stabilization of cubic RЕ2O3 (RЕ: Eu, Sm) //
Mater. Science and Engineering. ― 2006. ― A430. ― P. 120―124.
9. Clarke David R. Materials selection guidelines for low thermal conductivity thermal barrier
coatings // Surface and Coat. Techn. ― 2003. ― 163―164. ― P. 67―74.
10. Omar Shobit, Wachsman Eric D., Nino Juan C. Higher conductivity Sm3+ and Nd3+ co-doped
ceria-based electrolyte materials // Solid State Ionics. ― 2008. ― 178. ― P. 1890―1897.
11. Burghartz M., Matzke Hj., Léger C. et al. Inert matrices for the transmutation of actinides:
fabrication, thermal properties and radiation stability of ceramic materials // J. Alloys and
Comp. ― 1998. ― 271―273. ― P. 544―548.
12. Lee Y. W., Kim H. S., Kim S. H. et al. Preparationof simulated inert matrix fuel with
different powders by dry milling method // J. Nucl. Mater. ― 1999. ― 274. ― Р. 7―14.
13. Yamamura Hiroshi, Takeda Saori, Kakinuma Katsuyoshi. Relationship between oxide-ion
conductivity and dielectric relaxation in Sm-doped CeO2 // Solid State Ionics. ― 2007. ―
178, No. 13―14. ― P. 889―893.
14. Wang Feng-Yun, Jung Guo-Bin, Su Ay et al. Fabrication of highly porous samaria-doped
ceria by acid leaching magnesia-samaria-doped ceria ceramics // J. Amer. Ceram. Soc. ―
2007. ― 90, No. 10. ― P. 3357―3359.
15. Rouanet A. Contribution a l’etude des systemes zirconia―oxydes des lanthanides au
voisinage de la fusion: Memoire de these // Rev. Internat. Hautes Temp. et Refract. ―
1971. ― 8. ― P. 161―180.
16. Perez M., Jorba Y. Contribution a letude des systems zircone―oxides de terres rares //
Annual. Chеm. ― 1962. ― 7, No. 7―8. ― P. 479―511.
17. Rouanet A., Foex M. Study at high temperature of systems formed by zirconia with
samarium and gadolinium sesquioxides // C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. C. ― 1968. ― 267,
No. 15. ― P. 873―876.
18. Гавриш А. М., Алексеенко Л. С., Тарасова Л. А., Орехова Г. П. Структура и некоторые
свойства твердых растворов в системах ZrO2―R2O3 (R = Sm, Dy) // Изв. АН СССР.
Неорган. материалы. ― 1981. ― 17. ― С. 1541―1544.
13
19. Зоз Е. И., Фомичев Е. Н., Калашник А. А., Елисеева Г. Г. О структуре и свойствах
цирконатов и гафнатов РЗЭ // Журн. неорган. химии. ― 1982. ― 27, № 1. ―
С. 95―99.
20. Andrievskaya E. R., Lopato L. M. Influence of composition on the T → M transformation in the
systems ZrO2―Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu) // J. Mater. Sci. ― 1995. ― 36, No. 10. ―
P. 2591―2596.
21. Katamura J., Seki T., Sakuma T. The cubic-tetragonal phase equilibria in the ZrO2―R2O3 (R = Nd,
Sm, Gd, Y) // J. Phase Equilibria. ― 1995. ― 16, No. 4. ― P. 315―319.
22. Tabira Y., Withers R. L. Structure and crystal chemistry as a function of composition across
the wide range nonstoichiometric (1 − ε)ZrO2―εSmO1.5 (0,38 < ε < 0,55), oxide pyrochlore
system // J. of Solid State Chem. ― 1999. ― 148. ― P. 205―214.
23. Wang Ch. Experimental and computational phase studies of the ZrO2-based systems for
thermal barrier coatings // Ph. D. Thesis, University of Stuttgart, 2006.
24. Стегний А. И., Шевченко А. В., Лопато Л. М. и др. Термический анализ оксидов с
использованием солнечного нагрева // Докл. АН УССР. Сер. А. ― 1979. ― № 6. ―
С. 484―489.
25. Lefevre J. Some structural modifications of fluorite-type phase in the systems based on ZrO2
or HfO2 // Annual. Chеm. ― 1963. ― 8, No. 1―2. ― P. 254―256.
26. Klee W. E., Weitz G. Infrared spectra of ordered and disordered pyrochlore-type compounds
in the series Rе2Ti2O7, Rе2Zr2O7 and Rе2Hf2O7 // J. Inorg. аnd Nucl. Chem. ― 1969. ― 31,
No. 8. ― P. 2367―2372.
27. Michel D., Rouaux Y., Perez M., Jorba Y. Ceramic eutectics in the system ZrO2―Ln2O3
(Ln ― lanthanide): Unidirectional solidification, microstructural and crystallographic
characterization // J. Mater. Sci. ― 1980. ― 15. ― P. 61―66.
28. Kazuo Sh., Masahiro M., Koji K., Osamu S. Oxigen-ion conduction in the Sm2Zr2O7 pyrochlore
phase // J. Amer. Ceram. Soc. ― 1979. ― 62. ― P. 538―539.
29. Barry E. S., William B. White characterization of anion disorder in zirconate A2B2O7
compounds by raman spectroscopy // Ibid. ― 1979. ― 62. ― P. 468―469.
30. Глушкова В. Б., Сазонова Л. В. Влияние добавок редкоземельных окислов на
полиморфизм двуокиси циркония // Химия высокотемпературных материалов. ― Л.:
Наука, 1967. ― С. 83―90.
31. Портной К. И., Тимофеева Н. И., Салибеков С. Е. Синтез и исследование сложных оксидов
и циркония // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. ― 1972. ― 8, № 2. ― С. 406―408.
32. Faucher M., Caro P. Ordre et desordre dans certains composes du type pyrochlore // J. Solid
State Chem. ― 1975. ― 12, No. 1―2. ― P. 1―11.
33. Bevan D. J. M., Sammerville E. // Handbook on the Physics and Chemistry on Rare
Earths. ― 1979. ― 3.
34. Brauer G., Gradiner H. Über heterotype Mischphasen bei Seltenerdoxyden. I. // Z. Anrog.
Allg. Chem. ― 1954. ― 276, No. 5―6. ― P. 209―226.
35. Андриевская Е. Р., Корниенко О. А., Самелюк А. В. и др. Взаимодействие оксида
циркония с оксидом самария при температуре 1500 оС // Современные проблемы
физического материаловедения. — К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. —
2008. ― Вып. 17. ― С. 16―24.
36. Андриевская Е. Р., Корниенко О. А., Городов В. С. и др. Фазовые соотношения в системе
CeO2―Sm2O3 при температуре 1500 оС // Там же. — С. 25—29.
37. Longo V., Roitti S. Solid state phase relations in the system CeO2—ZrO2 // Ceram.
Internat. ― 1971. ― 1, No. 1. ― P. 4―10.
38. Tani E., Yoshimura M., Somiya S. Revised phase diagram of the system ZrO2—CeO2
bellow 1400 °C // J. Amer. Ceram. Soc. ― 1983. ― 66, No. 7. ― P. 506―510.
39. Duran P., Gonzales M., Moure C. et al. A new tentative phase equilibrium diagram for the
ZrO2—CeO2 system in air // J. Mater. Sci. ― 1990. ― 25. ― P. 5001―5006.
40. Андриевская Е. Р., Редько В. П., Лопато Л. М. Взаимодействие оксида церия с
оксидами гафния, циркония и иттрия при 1500 ºС // Порошковая металлургия. —
2001. — № 7/8. — С. 109―118.
41. Panova T. I., Glushkova V. B., Nefedova M. Yu. Investigation into the phase formation
in the ZrO2—CeO2 system // Glass Phys. and Chem. ― 2005. ― 31, No. 2. ―
P. 240―245.
14
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28647 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0073 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:21:43Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Андриевская, Е.Р. Корниенко, О.А. Беляева, И.С. Барбарош, Г.П. 2011-11-15T18:00:57Z 2011-11-15T18:00:57Z 2009 Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С / Е.Р. Андриевская, О.А. Корниенко, И.С. Беляева, Г.П. Барбарош // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 18. — С. 3-14. — Бібліогр.: 41 назв. — рос. XXXX-0073 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28647 541.123.3 Впервые исследованы фазовые равновесия в тройной системе ZrO2—СеО2—Sm2O3 при температуре 1500 °С во всем интервале концентраций. Образцы различных составов были приготовлены из их азотнокислых растворов выпариванием, сушкой и термообработкой при температурах 1100 и 1500 °C. Использовали рентгенофазовый и микроструктурный анализы. Установлено образование в системе твердых растворов на основе различных кристаллических модификаций исходных компонентов и упорядоченной фазы Sm2Zr2O7. Авторы выражают признательность Украинскому Государственному Фонду Фундаментальных Исследований за финансовую поддержку настоящей работы (грант ФФД-РФФИ-2009” № Ф28.3/030 по договору Ф28/252-2009; І-7-09). ru Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України Современные проблемы физического материаловедения Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С Article published earlier |
| spellingShingle | Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С Андриевская, Е.Р. Корниенко, О.А. Беляева, И.С. Барбарош, Г.П. |
| title | Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С |
| title_full | Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С |
| title_fullStr | Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С |
| title_full_unstemmed | Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С |
| title_short | Взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °С |
| title_sort | взаимодействие оксида церия с оксидами циркония и самария при температуре 1500 °с |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28647 |
| work_keys_str_mv | AT andrievskaâer vzaimodeistvieoksidaceriâsoksidamicirkoniâisamariâpritemperature1500s AT kornienkooa vzaimodeistvieoksidaceriâsoksidamicirkoniâisamariâpritemperature1500s AT belâevais vzaimodeistvieoksidaceriâsoksidamicirkoniâisamariâpritemperature1500s AT barbarošgp vzaimodeistvieoksidaceriâsoksidamicirkoniâisamariâpritemperature1500s |