Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония
Досліджено кінетику кристалізації наночастинок порошку аморфного оксиду цирконію для температур як вищих, так і нижчих за температури кристалізації, визначеної методом диференціально-термічного аналізу. Визначено характер зародження кристалів і механізм їх росту. Кінетика кристалізації задовільно оп...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38155 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония / С.В. Габелко // Доп. НАН України. — 2011. — № 7. — С. 83-89. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-38155 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Габелков, С.В. 2012-10-31T14:05:44Z 2012-10-31T14:05:44Z 2011 Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония / С.В. Габелко // Доп. НАН України. — 2011. — № 7. — С. 83-89. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38155 544.015+544.234.2+661.883.1 Досліджено кінетику кристалізації наночастинок порошку аморфного оксиду цирконію для температур як вищих, так і нижчих за температури кристалізації, визначеної методом диференціально-термічного аналізу. Визначено характер зародження кристалів і механізм їх росту. Кінетика кристалізації задовільно описується узагальненою у випадку обмеженої системи класичною теорією Колмогорова–Джонсона–Мейла–Аврамі. Обмеженість об'єму наночастинок проявляється у збільшенні часу кристалізації, впродовж якого встигає пройти початкова стадія спікання порошку аморфного оксиду цирконію, що дає змогу уникнути руйнування пористих зразків. The crystallization kinetics of nanoparticles of amorphous zirconia powder for temperatures both above and below the crystallization temperature, which was defined by the differential thermal analysis method, are investigated. A character of crystal nucleation and a mechanism of their growth are defined. The crystallization kinetics can be well described by the Kolmogorov–Johnson–Mehl–Avrami classical theory generalized to the case of limited systems. Limitation of the nanoparticles volume is revealed in increasing the crystallization time, which makes the initial stage of sintering of amorphous zirconia powder possible to pass, which allows one to avoid the destruction of specimens. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония Crystallization kinetics of amorphous zirconia nanoparticles Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония |
| spellingShingle |
Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония Габелков, С.В. Матеріалознавство |
| title_short |
Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония |
| title_full |
Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония |
| title_fullStr |
Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония |
| title_full_unstemmed |
Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония |
| title_sort |
кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония |
| author |
Габелков, С.В. |
| author_facet |
Габелков, С.В. |
| topic |
Матеріалознавство |
| topic_facet |
Матеріалознавство |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Crystallization kinetics of amorphous zirconia nanoparticles |
| description |
Досліджено кінетику кристалізації наночастинок порошку аморфного оксиду цирконію для температур як вищих, так і нижчих за температури кристалізації, визначеної методом диференціально-термічного аналізу. Визначено характер зародження кристалів і механізм їх росту. Кінетика кристалізації задовільно описується узагальненою у випадку обмеженої системи класичною теорією Колмогорова–Джонсона–Мейла–Аврамі. Обмеженість об'єму наночастинок проявляється у збільшенні часу кристалізації, впродовж якого встигає пройти початкова стадія спікання порошку аморфного оксиду цирконію, що дає змогу уникнути руйнування пористих зразків.
The crystallization kinetics of nanoparticles of amorphous zirconia powder for temperatures both above and below the crystallization temperature, which was defined by the differential thermal analysis method, are investigated. A character of crystal nucleation and a mechanism of their growth are defined. The crystallization kinetics can be well described by the Kolmogorov–Johnson–Mehl–Avrami classical theory generalized to the case of limited systems. Limitation of the nanoparticles volume is revealed in increasing the crystallization time, which makes the initial stage of sintering of amorphous zirconia powder possible to pass, which allows one to avoid the destruction of specimens.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38155 |
| citation_txt |
Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного оксида циркония / С.В. Габелко // Доп. НАН України. — 2011. — № 7. — С. 83-89. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT gabelkovsv kinetikakristallizaciinanočasticamorfnogooksidacirkoniâ AT gabelkovsv crystallizationkineticsofamorphouszirconiananoparticles |
| first_indexed |
2025-11-24T19:09:29Z |
| last_indexed |
2025-11-24T19:09:29Z |
| _version_ |
1850493964030836736 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
7 • 2011
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 544.015+544.234.2+661.883.1
© 2011
С.В. Габелков
Кинетика кристаллизации наночастиц аморфного
оксида циркония
(Представлено академиком НАН Украины И.М. Неклюдовым)
Дослiджено кiнетику кристалiзацiї наночастинок порошку аморфного оксиду цирконiю
для температур як вищих, так i нижчих за температури кристалiзацiї, визначеної ме-
тодом диференцiально-термiчного аналiзу. Визначено характер зародження кристалiв
i механiзм їх росту. Кiнетика кристалiзацiї задовiльно описується узагальненою у ви-
падку обмеженої системи класичною теорiєю Колмогорова–Джонсона–Мейла–Аврамi.
Обмеженiсть об’єму наночастинок проявляється у збiльшеннi часу кристалiзацiї, впро-
довж якого встигає пройти початкова стадiя спiкання порошку аморфного оксиду цир-
конiю, що дає змогу уникнути руйнування пористих зразкiв.
С быстрым развитием технологии возрастает количество практических применений ста-
билизированного оксида циркония. Благодаря высоким физико-химическим свойствам он
используется в качестве конструкционных, термобарьерных, буферных и других материа-
лов [1, 2]. Повышенная коррозионная и радиационная стойкость стимулирует исследования
по созданию матриц для изоляции радиоактивных отходов, матричного топлива и мишеней
для трансмутации актиноидов [3]. Для решения этих задач успешно используются нанораз-
мерные порошки, которым присуща способность к спеканию при более низких температу-
рах. Это позволяет сократить энергозатраты при получении и повысить физико-химические
свойства керамических материалов.
Совместное осаждение труднорастворимых соединений с последующей термообработкой
осадков является наиболее распространенным в промышленности способом получения по-
рошков оксида циркония. При этом наряду с термическим разложением соединений цирко-
ния и иттрия проходит формирование аморфного оксида циркония и его кристаллизация.
Параметры процесса кристаллизации, определяющие размеры зерен стабилизированного
оксида циркония, существенным образом влияют на морфологию и качество порошков.
Спекаемость наноразмерных порошков во многом определяется их технологическими свой-
ствами, что в свою очередь влияет на свойства керамических материалов [1–6]. Понимание
степени влияния размеров частиц порошка на кинетику кристаллизации аморфного оксида
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №7 83
циркония принципиально важно для оптимизации технологии изготовления керамических
изделий.
Цель работы — исследование влияния ограниченности объема наночастиц порошка
аморфного оксида циркония на кинетику его кристаллизации и определение механизмов
зарождения и роста кристаллических зародышей.
Методика эксперимента. В ходе исследований использовали аморфный оксид цир-
кония и аморфный оксид циркония с массовым содержанием 3,6% YO2.
Аморфный оксид циркония получали методом термического разложения его основного
карбоната (Вольногорский ГМК) с условной формулой xZrО2·yCO2 ·z(OH)·nH2O при 200 ◦С
в течение 5 ч [4]. Из порошка на гидравлическом прессе методом одноосевого холодного
прессования формовали образцы диаметром 14,5 мм и высотой 5 мм при давлении 160 МПа.
Образцы вводили в предварительно разогретую до 350 ◦С печь, затем их последовательно
извлекали по одному через каждые 5 ч в течение 50 ч, а при 450 ◦С — через каждые 3 мин
в течение 30 мин.
Аморфный оксид циркония с массовым содержанием 3,6% YO2 получали методом терми-
ческого разложения совместно осажденных гидроксидов циркония и иттрия [6, 7]. Осадок
последних формировался при совместном осаждении 25%-м гидроксидом аммония из смеси
одномолярных водных растворов нитратов циркония и иттрия при обратном порядке сме-
шения реагентов. Его фильтровали и промывали дистиллированной водой (или последова-
тельно дистиллированной водой и этиловым спиртом). Осадок сушили при 30–40 ◦С в тече-
ние 20–25 ч до ксерогеля. Ксерогель подвергали размолу в шаровой мельнице до порошка.
Образцы в форме таблеток диаметром 14,5 мм и высотой 2,5 мм готовили методом осевого
прессования при 256 МПа, термообрабатывали при 350 ◦С в течение 2 ч на воздухе в печи
СУОЛ-0,25.1/12-М1 или в вакууме в печи СШВЭ 1.2,5/25ИЗ; они не разрушились и со-
хранили форму; их масса и размеры уменьшились (диаметр до 12,1 мм). Образцы вводили
в предварительно разогретую до 500 ◦С печь, затем их последовательно извлекали по одно-
му через каждые 3 мин в течение 45 мин. Нитраты брали в соотношении, позволяющем по-
лучить после кристаллизации тетрагональную фазу оксида циркония с 3,6% по массе YO2.
Фазы полученных материалов идентифицировали методом рентгенофазового анализа
(РФА) на установке ДРОН-1,5 (излучение Cu Kα) при комнатной температуре. Относитель-
ное содержание кристаллических фаз измеряли методом рентгеновского количественного
анализа по площади основной линии, а по ее полуширине рассчитывали размер зерен.
Объемы совокупностей поровых каналов в образцах аморфного оксида циркония опре-
деляли по удалению воды из них при ее испарении [8]. За истинную плотность аморфного
оксида циркония принимали 5,8 г/см3 [6]. Методом водной пикнометрии определяли пик-
нометрическую плотность термообработанных образцов из оксида циркония для последу-
ющего расчета объема закрытых пор.
Экспериментальные результаты. Согласно РФА, материал образцов оксида цирко-
ния, полученного термическим разложением основного карбоната, является аморфным. На
дифрактограмме отмечается присутствие двух “гало́”. Первое из них находится в интерва-
ле углов от 15◦ до 40◦ с максимумом при 32–33◦ и шириной 10◦, второе — от 42◦ до 60◦
с максимумом при 51–52◦ и шириной 27◦.
Кристаллизация аморфного оксида циркония при 450 ◦С завершилась за 26 мин с обра-
зованием тетрагональной фазы ZrO2 (t-ZrO2) (ASTM № 42-1164 [9]). При этом образцы не
разрушились, сохранили свою форму и уменьшили диаметр с 14,5 до 14,1 мм. В течение
первых пяти минут термообработки в аморфном оксиде циркония сформировалось (5±1)%
84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №7
Рис. 1. Зависимость от времени термообработки доли кристаллизовавшейся фазы в аморфном оксиде цир-
кония, который получили: а — из основного карбоната при 450 ◦С (1 ) и 350 ◦С (2 ); б — из гидроксидов (1 )
и в аморфной композиции ZrO2 — муллит [10], содержащей 20% (2 ) и 30% (3 ) ZrO2 по массе
зародышей t-ZrO2 со средними размерами 10. . . 12 нм. На дифрактограмме на фоне “гало́”
появились уширенные линии t-ZrO2. Начиная с пятой до восьмой минуты содержание t-ZrO2
увеличилось до (18± 2)%, а средний размер зерен возрос до (27± 3) нм. На фоне исчезаю-
щего “гало́” с восьмой до двадцать шестой минуты содержание t-ZrO2 достигло (95 ± 5)%
при среднем размере зерен (40 ± 10) нм. Если данные по содержанию t-ZrO2 представить
в виде зависимости ln(− ln(1 − c)) от логарифма времени (где c — доля кристаллической
фазы), то экспериментальные точки ложатся на прямую линию (прямая 1 на рис. 1, а).
Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс равен 2,3.
Образование кристаллической фазы в аморфном оксиде циркония наблюдается также
при 350 ◦С. Образцы не разрушились и сохранили свою форму; их диаметр уменьшился
до 14,3 мм. В течение первых пяти часов термообработки в аморфном оксиде циркония
сформировалось (6 ± 1)% зародышей t-ZrO2 со средними размерами (21 ± 3) нм. На ди-
фрактограмме линии t-ZrO2 появились на фоне “гало́”. С пятого до сорок пятого часа со-
держание t-ZrO2 увеличилось до (20 ± 4)%, а средний размер зерен возрос до 30–40 нм.
Зависимость доли кристаллизовавшейся фазы в аморфном ZrO2 от времени иллюстрирует
прямая 2 на рис. 1, а. Экспериментальные точки также ложатся на прямую линию. Тангенс
угла наклона прямой к оси абсцисс равен 0,65.
Оксид циркония, полученный термическим разложением гидроксидов, является также
аморфным. Параметры “гало́” с точностью определения совпадают с таковыми для аморф-
ного оксида, полученного из основного карбоната.
Кристаллизация аморфного оксида циркония, содержащего оксид иттрия и полученно-
го из гидроксидов, промытых водой и термообработанных при 350 ◦С на воздухе, завер-
шилась при 500 ◦С за 36 мин с образованием t-ZrO2. При этом образцы не разрушились
и сохранили форму; их диаметр уменьшился с 12,1 до 11,7 мм. В течение первых шести ми-
нут термообработки в аморфном оксиде циркония образовалось (6±1)% зародышей t-ZrO2
со средними размерами 8. . . 10 нм. С шестой до двенадцатой минуты содержание t-ZrO2
увеличилось до (22± 3)%, а средний размер зерен возрос до (24± 3) нм. На тридцать шес-
той минуте содержание t-ZrO2 достигло (94 ± 5)% при среднем размере зерен (28 ± 5) нм.
Экспериментальные точки ложатся на прямую линию (прямая 1 на рис. 1, б ) с тангенсом
угла наклона, равным 2,1.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №7 85
По данным РФА, термообработка при 800 ◦С образцов оксида циркония, прошедших
кристаллизацию при 450 ◦С и полученных из основного карбоната, приводит к переходу
тетрагональной фазы в моноклинную. При этом образцы разрушились. У них, прошедших
кристаллизацию при 500 ◦С и полученных из гидроксидов, после термообработки этот пе-
реход не происходит. YO2 стабилизирует тетрагональную фазу; образцы не разрушаются.
Образцы аморфного оксида циркония являются пористыми, они содержат открытые
поровые каналы и закрытые поры. Объемы твердой фазы, больших, средних и малых по-
ровых каналов и закрытых пор в образцах приведены в табл. 1. Образцы аморфного ZrO2,
полученные из осадков гидроксидов, промытых водой или водой и спиртом, имеют близкие
объемы больших, средних и малых поровых каналов. Однако промывка спиртом позволяет
получить меньший объем закрытых пор. Термообработка в вакууме приводит к существен-
но меньшим значениям объемов всех поровых каналов и закрытых пор.
По данным электронной микроскопии [11], большие, средние, малые и мелкие поро-
вые каналы в образцах ZrO2 имели овальную форму и диаметры 70. . . 85 нм, 50. . . 65 нм,
20. . . 30 нм и менее 25 нм соответственно.
Обсуждение результатов. Согласно модели Колмогорова [12], доля закристаллизо-
вавшегося объема как функция времени (в случае постоянных во времени скоростей заро-
ждения и роста зародышей) определяется уравнением
c(τ) = 1− exp(−αvτn), (1)
где c — доля закристаллизовавшегося объема; τ — время; α — скорость зарождения заро-
дышей; n — показатель Аврами; v — скорость роста зародышей.
Простые преобразования и два последовательных логарифмирования дают
ln(− ln(1− c(τ))) = ln(αv) + n ln τ. (2)
При построении данных в форме (2), зависимость является линейной, а показатель Аврами
равен тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс.
При кристаллизации аморфной композиции оксид циркония — муллит (см. прямые 2
и 3 на рис. 1, б [10]) показатель Аврами равен 3,0 и 2,95 при содержании ZrO2 в компо-
зиции 20 и 30% соответственно. По Колмогорову это соответствует β-модели: гетерогенное
зарождение зародышей и постоянная скорость их роста. Показатель Аврами также ука-
зывает на бездиффузионный механизм роста зародышей. В этом случае выполняется одно
из допущений модели Колмогорова — размер кристаллизующегося объема (аморфная гра-
нула диаметром 500 мкм) намного больше размеров зерен (10. . . 25 нм). В работе [1] показа-
тель Аврами тоже равен 3,0 при кристаллизации кубической фазы в аморфном ZrO2. При
этом допущение модели Колмогорова тоже выполняется, так как диаметр частиц порошка
составлял в среднем 30 нм, а диаметр зерен — 10. . . 20 нм.
Таблица 1
Среда промывки /
термообработки
Поровые каналы, см3
Закрытые
поры, см3
Твердая
фаза, см3
большие средние малые мелкие
Вода / Воздух 0,090 0,094 0,062 0,046 0,226 0,482
(Вода + Спирт) / Воздух 0,108 0,090 0,050 — 0,178 0,574
Вода / Вакуум 0,048 0,046 0,028 — 0,177 0,701
Пр и м е ч а н и е . Погрешность определения объемов составляет 0,005–0,01 см3.
86 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №7
Известно, что температура кристаллизации (tк) аморфного ZrO2, определенная мето-
дом дифференциально-термического анализа [4], составляет 390–420 ◦С. Наши результаты
свидетельствуют, что показатель Аврами при кристаллизации при 450 ◦С (выше tк) аморф-
ного ZrO2, полученного из основного карбоната, равен 2,3. При этом размер зерен t-ZrO2
составил 40 нм. При кристаллизации при 500 ◦С (выше tк) аморфного ZrO2, полученного из
гидроксидов, показатель Аврами равен 2,1, а размер зерен — 28 нм. “Первичные частицы”
порошка состоят из нескольких частиц гидроксидов циркония и иттрия и имеют размеры
не более 15. . . 30 нм [11]. В данном случае размеры зерен и частиц ZrO2 близки и допущение
Колмогорова не выполняется. В работе [2] показатель Аврами при кристаллизации t-ZrO2
равен 1,84. К сожалению, авторы не привели данных по размерам частиц порошка, но, судя
по значению показателя Аврами, условия модели Колмогорова не были выполнены.
Случай кристаллизации в малых частицах аморфных материалов рассмотрен авторами
работ [13, 14]. Классическая теория Колмогорова–Джонсона–Мейла–Аврами обобщена на
случай ограниченной системы. Ограниченность может быть реализована, например, когда
материал находится в виде порошка. При этом допущение модели Колмогорова не выпол-
няется. Объем частиц аморфного материала может быть сравним с объемом зародивших-
ся кристаллов. Это приводит к уменьшению показателя Аврами и наглядно проявляется
в уменьшении угла наклона прямой к оси абсцисс. Учитывая ограниченность объема сре-
ды (т. е. малый размер аморфных частиц), обобщенная теория Колмогорова–Джонсона–
Мейла–Аврами позволяет объяснить уменьшение угла наклона прямой. Практически это
приводит как бы к “замедлению” процесса кристаллизации.
При температуре 350 ◦С (ниже tк) время кристаллизации аморфного ZrO2, полученно-
го из основного карбоната (см. прямую 2 на рис. 1, а), значительно возросло не только по
причине уменьшения скорости роста зародышей t-ZrO2, но и, по-видимому, из-за меньшего
размера частиц порошка. Это привело к еще большему уменьшению угла наклона прямой
к оси абсцисс. После гетерогенного зарождения кристаллических зародышей на поверх-
ности аморфных частиц порошка проходил их одномерный рост вглубь частиц. При этом
показатель Аврами должен быть равен 1, но наклон прямой уменьшился до 0,65.
После завершения кристаллизации при 500 ◦С аморфного оксида циркония, получен-
ного из совместно осажденных гидроксидов, диаметр образцов уменьшился в 1,034 раза,
что соответствует уменьшению объема в 1,106 раза, т. е. на 10,6%. Уменьшение объема за
счет увеличения плотности с 5,8 до 6,07 г/см3 при кристаллизации тетрагональной фазы
в аморфном ZrO2 приводит к уменьшению объема в 1,047 раза, т. е. на 4,7%. А остальное
уменьшения объема образцов, 10,6% − 4,7% = 5,9%, обусловлено взаимодействием аморф-
ных частиц. За время кристаллизации проходит начальная стадия спекания частиц аморф-
ного ZrO2, в процессе которой они припекаются друг к другу, что и позволяет избежать
разрушения образца.
Диаметр образцов аморфного ZrO2, полученного из основного карбоната, после завер-
шения кристаллизации при 450 ◦С уменьшился в 1,028 раза, а объем соответственно —
в 1,0875 раза (на 8,75%). Если учесть 4,7% уменьшения объема за счет увеличения плот-
ности при кристаллизации, то остальные 4,05% обусловлены спеканием аморфных частиц.
Таким образом, было показано, что кинетика кристаллизации наночастиц аморфного
оксида циркония, полученного как при термическом разложении основного карбоната, так
и совместно осажденных гидроксидов циркония и иттрия, удовлетворительно описывает-
ся классической теорией Колмогорова–Джонсона–Мейла–Аврами, обобщенной на случай
ограниченной системы. При температурах выше температуры кристаллизации, определен-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №7 87
ной методом дифференциально-термического анализа, ограниченность объема наночастиц
аморфного оксида при кристаллизации приводит к понижению показателя Аврами с 3,0
до 2,1–2,3. Кристаллизация проходит по β-модели. Отмечается гетерогенное зарождение
зародышей. Их рост проходит при постоянной скорости по бездиффузионному механизму.
Размер зерен тетрагональной фазы составляет (40±10) нм или (28±5) нм после завершения
кристаллизации аморфного оксида циркония, полученного из основного карбоната или гид-
роксидов соответственно. Ограниченность объема кристаллизации наночастиц аморфного
оксида приводит к увеличению времени кристаллизации, что дает возможность пройти на-
чальную стадию спекания аморфных частиц и избежать разрушения пористых образцов.
Кристаллизация аморфного ZrO2, полученного при термическом разложении основного
карбоната, при 350 ◦С (ниже температуры кристаллизации) проходит значительно медлен-
нее (20% кристаллической фазы за 50 ч), чем при 450–500 ◦C. Это обусловлено меньшей
скоростью роста зародышей кристаллической фазы при более низкой температуре и мень-
шим диаметром частиц аморфного оксида циркония в сочетании с гетерогенным зарожде-
нием зародышей на их поверхности. Размер зерен тетрагональной фазы оксида циркония
составляет 30. . . 40 нм.
1. Kuo Ch.-W., Lee Y.-H., Hung I-M. et al. Crystallization kinetics and growth mechanism of 8 mol% yttria-
stabilized zirconia (8YSZ) nano-powder prepared by sol-gel process // J. Alloys and Compounds. – 2008. –
453. – P. 470–475.
2. Ghosh A., Upadhyaya D., Prasad R. Primary crystallization behavior of ZrO2 – Y2O3 powder: in situ
hot-stage XRD technique // J. Am. Ceram. Soc. – 2002. – 85, No 10. – P. 2399–2403.
3. Tridandapani R. R., Folgar C. E., Folz D.C. et al. Microwave sintering of 8 mol% yttria-zirconia (8YZ):
An inert matrix materials for nuclear fuel applications // J. Nucl. Mat. – 2009. – 284. – P. 153–157.
4. Габелков С. В., Тарасов Р. В., Полтавцев Н.С. и др. Фазовые превращения при нанокристаллизации
аморфного оксида циркония // Вопр. атом. науки и техники. Сер. Физика радиац. повреждений и
реактор. материаловедения. – 2004. – № 3(85). – С. 116–120.
5. Шабанова Г.Н., Габелков С. В., Тарасов Р.В. и др. Особенности кристаллизации аморфного оксида
циркония в интервале температур 200–450 ◦С // Огнеупоры и техн. керамика. – 2005. – № 8. – С. 2–9.
6. Mandal A., Ram S. Reconstructive phase formation of ZrO2 nanoparticles in a new crystal structure from
an energized porous ZrO(OH)2 · xH2O precursor // Ceram. Internat. – 2004. – 30. – P. 239–249.
7. Пат. № 79920 Україна, С04В 35/48. Спосiб одержання керамiчного матерiалу з оксиду цирконiю /
С.В. Габєлков, М.С. Полтавцев, Р.В. Тарасов та iн. – Прiор. 18.12.2006; Опубл. 25.12.2007.
8. Габелков С.В., Макаренко В.В., Миронова А.Г. и др. Определение объема поровых каналов по уда-
лению из них воды при испарении // Огнеупоры и техн. керамика. – 2006. – № 12. – С. 41–47.
9. Teufer G. Crystal structure of tetragonal ZrO2 // Acta Crystallogr. – 1962. – 15. – P. 1187–1192.
10. Канцедал В.П., Габелков С.В., Тарасов Р. В. и др. Влияние условий кристаллизации аморфных гра-
нул на размер зерен конструкционной керамики // Доп. НАН України. – 1994. – № 5. – С. 114–120.
11. Габелков С.В., Тарасов Р. В., Старолат М.П. и др. Эволюция структурной организации наноразмер-
ного ксерогеля гидроокиси циркония при прессовании // Физика и техника выс. давлений. – 2009. –
№ 3. – С. 94–110.
12. Беленький В. З. Геометрико-вероятностные модели кристаллизации. – Москва: Наука, 1980. – 165 с.
13. Alekseechkin N. On the kinetics of phase transformation of particles in Kolmogorov’s model // Condensed
Mater Physics. – 2008. – 11, No 4(56). – P. 597–613.
14. Bakai A. S., Hermann H., Lazarev N. P. Diffusion-limited crystallization of heterogeneous glasses // Phi-
losoph. Mag. A. – 2002. – 82, No 8. – P. 1551–1539.
Поступило в редакцию 24.01.2011ГП “Государственный научно-технический центр
по ядерной и радиационной безопасности”, Харьков
88 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №7
S.V. Gabelkov
Crystallization kinetics of amorphous zirconia nanoparticles
The crystallization kinetics of nanoparticles of amorphous zirconia powder for temperatures both
above and below the crystallization temperature, which was defined by the differential thermal
analysis method, are investigated. A character of crystal nucleation and a mechanism of their growth
are defined. The crystallization kinetics can be well described by the Kolmogorov–Johnson–Mehl–
Avrami classical theory generalized to the case of limited systems. Limitation of the nanoparticles
volume is revealed in increasing the crystallization time, which makes the initial stage of sintering of
amorphous zirconia powder possible to pass, which allows one to avoid the destruction of specimens.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №7 89
|