Трансформація структури аморфного конденсату ZrO2-6,5% Y2O3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці
The effect of heating temperature on the structural characteristics of nanosized condensate ZrO2 - 6, 5% Y2O3 was studied. The condensate was obtained using the EB-PVD technology. The upper limit of heating temperature was 1000oC. The phase composition, particle size, surface area, volume and averag...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2012
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/479 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291616000278528 |
|---|---|
| author | Zaitsev, Yu. P. Movchan, B. A. Oranska, Ye. I. Didikin, G. G. Litvin, S. E. Romanenko, S. M. |
| author_facet | Zaitsev, Yu. P. Movchan, B. A. Oranska, Ye. I. Didikin, G. G. Litvin, S. E. Romanenko, S. M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Yu. P. Zaitsev",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України"
},
{
"author": "B. A. Movchan",
"institution": "Інститут электрозварювання ім. Є.О. Патона Національної академії наук України"
},
{
"author": "Ye. I. Oranska",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "G. G. Didikin",
"institution": "Інститут электрозварювання ім. Є.О. Патона Національної академії наук України"
},
{
"author": "S. E. Litvin",
"institution": "Інститут электрозварювання ім. Є.О. Патона Національної академії наук України"
},
{
"author": "S. M. Romanenko",
"institution": "Інститут электрозварювання ім. Є.О. Патона Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Zaitsev, Yu. P. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:37:46Z |
| description | The effect of heating temperature on the structural characteristics of nanosized condensate ZrO2 - 6, 5% Y2O3 was studied. The condensate was obtained using the EB-PVD technology. The upper limit of heating temperature was 1000oC. The phase composition, particle size, surface area, volume and average pore radius of condensates ZrO2 - 6,5% Y2O3 were studied. The dynamics of aggregation of amorphous nanosized crystallites upon heating to form the cubic phase of ZrO2 was shown. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2012. Вып. 4(19). С. 142–152 142
УДК 546.831 + 54-161
ТРАНСФОРМАЦИЯ СТРУКТУРЫ АМОРФНОГО
КОНДЕНСАТА ZrO2-6,5%Y2O3, ПОЛУЧЕННОГО
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ ИСПАРЕНИЕМ
И ОСАЖДЕНИЕМ В ВАКУУМЕ,
ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Ю.П. Зайцев1, Б.А. Мовчан2, Е.И. Оранская3, Г.Г. Дидикин2,
С.Е. Литвин2, С.М. Романенко2
1Институт сорбции и проблем эндоэкологии Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова 13, Киев 03164 Украина
2Институт электросварки им. Е.О. Патона Национальной академии наук Украины
ул. Боженко 11, Киев 03680 МСП, Украина
3Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова 17, Киев 03164 Украина
Изучено влияние температуры прогрева до 1000оС в инертной среде (аргон) на
структурные характеристики нанодисперсного конденсата ZrO2-6,5 %Y2O3, полученного по
технологии электронно-лучевого испарения и осаждения в вакууме. Определены фазовый
состав, размер частиц, удельная поверхность, объем и средний радиус пор конденсатов ZrO2 –
6,5 %Y2O3. Установлена динамика агрегации аморфных наноразмерных кристаллитов при
нагреве с образованием кубической фазы диоксида циркония.
Введение
В настоящее время широко развивается технология электронно-лучевого
испарения и последующего осаждения в вакууме толстых пленок (толщиной от
нескольких микрометров до нескольких миллиметров) неорганических соединений [1, 2].
Ее отличительной особенностью является возможность получения в зависимости от
условий проведения экспериментов, материалов в различном фазовом состоянии:
аморфном (в виде высокодисперсных слабосвязанных наночастиц), полукристаллическом
(одновременно присутствуют аморфная и кристаллические фазы) или кристаллическом
[3] с дисперсной, пористой и градиентной структурами в широком диапазоне размеров.
Среди «толстых» конденсатов особое место занимает диоксид циркония,
стабилизированный оксидом иттрия – традиционный объект научных исследований,
который уже широко применяется в термоизолирующих покрытиях конструкционных
материалов [4], в качестве керамических оксидных электролитов топливных элементов
[5, 6], сенсоров кислорода [7, 8]. Он также может использоваться как катализатор [9–11] и
носитель каталитических систем [12–16]. «Толстые» конденсаты обладают хорошей
адгезией к подложке и могут входить в состав композиционных металл-оксидных систем
с циклическим нагревом и охлаждением.
Широкое применение нанопорошков диоксида циркония полученных методом
электронно-лучевого испарения и осаждения в вакууме (EB-PVD) при температурах
эксплуатации до 1000 оС, затруднено без детального знания закономерностей влияния
условий эксплуатации (температуры, состава газовой среды) на их физико-химические
свойства (пористость, дисперсность и фазовый состав). И хотя в литературе имеется
большое количество публикаций об этом влиянии [7, 17–20], но они неполны, так как, в
основном, носят качественный характер и не описывают количественных изменений
физико-химических параметров образцов.
143
Целью работы является исследование влияния температуры прогрева до 1000 оС в
атмосфере аргона нанодисперсного аморфного образца диоксида циркония с добавкой
оксида иттрия на динамику изменения его структурных характеристик, состояние
гидратного покрова и текстуру.
Экспериментальная часть
Конденсат получали прямым электронно-лучевым испарением слитка (прессовки
диаметром 49мм) диоксида циркония, стабилизированного 6,5 % оксида иттрия, и
осаждением парового потока на стационарную медную водоохлаждаемую подложку в
вакуумной электронно-лучевой установке [2]. Подложка размером 490*490*6 мм
располагалась на расстоянии 450 мм над испарителем, температура подложки
составляла 40–50 °С. Испарение материала осуществляли из медного охлаждаемого
кристаллизатора. Скорость конденсации составляла 2,5–3,0 мкм/мин, толщина
конденсата 170–210 мкм. Гранулы образца для дальнейших исследований получали
измельчением отделенного от подложки конденсата.
Элементный состав и структуру конденсатов исследовали с помощью растрового
электронного микроскопа CamScan с рентгеновской приставкой INCA-200 Energy, а
также используя рентгено-флуоресцентный анализатор X’Unique II фирмы Philips.
Исследование тонкой структуры конденсатов выполняли методами
просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе HITACHI H-800 при
ускоряющем напряжении 200 кВ.
Дифрактограммы образцов регистрировали на дифрактометре ДРОН-4-07 в
излучении Cu-Kα линии анода с Ni фильтром в отраженном пучке при геометрии съемки
по Брэггу-Брентано в угловом интервале 10–80 градусов с шагом 0,05. Запись проводили
в цифровом виде в формате (град) -I(интенсивность, с-1) [21].
Структурные характеристики конденсатов определяли из изотерм адсорбции азота,
полученных на высокоскоростном газовом сорбционном анализаторе NOVA 2200e
Qvantachrome instruments при температуре жидкого азота. С этой целью образец массой
0,4 г предварительно вакуумировали в течение 12 ч. при температуре 150 оС. Расчет
структурных характеристик (удельная поверхность, пористая структура образца, объем
микропор и средний радиус пор) проводили по стандартным методикам, прилагаемым к
прибору.
Термический анализ конденсатов проводили на дериватографе TGA-7 фирмы
Perkin Elmer. Нагрев образца на воздухе осуществляли со скоростью 10 оС/мин в
температурном интервале 20–650 °С. Для исследований использовали навески образцов
массой 100 мг. При проведении циклических испытаний после нагрева образца его
охлаждали и делали 24 - часовую выдержку на воздухе при комнатной температуре.
ИК-спектры образцов получали на спектрофотометре SPECORD M80 в области
400–4000 см-1 в таблетках KBr.
Нагрев образцов первоначальной массой 10 г проводили в кварцевом реакторе,
помещенном в трубчатую печь. Через навеску образца постоянно продувался инертный
газ (аргон) со скоростью потока 50 мл/мин. Температуру в печи задавали контроллером
температуры TZN4S-14S (Корея). Время выхода печи на заданный температурный режим
составляло 10 мин. и принималось в расчет. Образцы выдерживали при заданной
температуре в течение 1 ч., после чего вынимали из печи и охлаждали до комнатной
температуры в потоке инертного газа. После отбора части первоначального образца,
прошедшего нагрев, для исследований оставшуюся массу подвергали дальнейшей
термической обработке при другой заданной температуре.
144
Результаты и обсуждение
Изучение химического состава изученного конденсата показало, что его
основной компонент диоксид циркония (около 93 %), сопутствующий ему химический
аналог – диоксид гафния (0,475%), а также оксид иттрия (6,5 %), добавляемый в качестве
стабилизатора кристаллической фазы. Остальные элементы, такие как Al2O3, SiO2, CuO
и Sum-La присутствующие в образце, находятся в следовых количествах (менее 0,01 %).
Рис. 1. Снимок поверхности скола конденсата ZrO2- 6,5%Y2O3.
На рис. 1 показан полученный методом просвечивающей электронной
микроскопии снимок, характерной микроструктуры конденсата диоксида циркония в его
поперечном сечении. Наблюдение структуры конденсата в плоскости,
перпендикулярной его поверхности показывает, что образец представляет собой
частично упорядоченные столбчатые агломераты крупных блоков первичных
кристаллитов ZrO2, аналогичные столбчатые структуры были получены ранее [22] для
подобных систем.
Более детальное исследование первичной структуры исходного конденсата
методом просвечивающей электронной микроскопии (рис. 2 а) показывает, что образец
состоит из высокодисперсных хаотично ориентированных кристаллитов размером 3–5 нм.
Рис. 2. Структура на просвет конденсата диоксида циркония (а) и электронограмма от
него в режиме дифракции (б).
Из-за малых размеров областей когерентного рассеяния электронограмма,
полученная от них в режиме дифракции, имеет сильно размытые кольца, что
а
б
145
подтверждает наноразмерную структуру конденсата (рис. 2 б). Размытость колец на
рентгенограммах затрудняет идентификацию фаз, а сильный фон на электронограммах
свидетельствует о присутствии аморфной фазы диоксида циркония.
Дифрактограмма изученного образца изображена на рис. 3 а. Спектр исходного
образца состоит из двух внушительных диффузионных пиков в области 2θ равном 30 и
55 град., что свидетельствует о рентгеноаморфности образца.
10 20 30 40 50 60 70 80
500
1000
1500
2000
2500
3000
I,
c
-
1
град.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
500
1000
1500
2000
I,
c
-
1
град.
10 20 30 40 50 60 70 80
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
2.
96
40
5
2.
56
36
4
1.
81
39
3
1.
54
53
1
1.
47
96
3
1.
27
87
4
I,
c
-
1
град.
10 20 30 40 50 60 70 80
0
5000
10000
15000
20000
2.
96
88
6
2.
56
00
9
1.
81
22
4
1.
54
41
4
1.
47
75
2
1.
27
72
6
I,
c
-
1
град.
Рис. 3. Дифрактограммы образцов ZrO2 – 5,8% Y2O3: а – исходный образец и прогретых
1 ч в аргоне: б - 200ºC, в - 400ºC, г - 800ºC.
На рис. 4 приведены данные ИК-спектроскопии поверхности конденсата диоксида
циркония после его удаления из вакуумной камеры и контакта с воздухом. Как известно,
после выгрузки образца из вакуумной камеры, где происходит синтез, на воздух,
наблюдается увеличение его массы, что может быть связано с адсорбцией паров воды на
поверхности образца. В ИК-спектре присутствуют полосы с максимумами поглощения
550 см-1, относящиеся к колебаниям ZrO2, 1600 см-1, задающие деформационные
колебания адсорбированной воды, и полосы с максимумом 3600 см-1, указывающие на
присутствие пленки физически адсорбированной воды. Несимметричный вид этой полосы
с точкой перегиба в области 3680 см-1 указывает на присутствие в образце гидроксильных
групп [10, 23].
а
г
б
в
146
Рис. 4. Данные ИК-спектроскопического исследования поверхности конденсата ZrO2-
6,5%Y2O3.
84
86
88
90
92
94
96
98
100
102
0 100 200 300 400 500 600 700
М
/М
о,
%
Температура, °С
Рис. 5. Зависимость относительного изменения массы конденсатов ZrO2 – Y2O3 при
нагреве на воздухе со скоростью 10 °С/мин (M/Mo - отношение массы образца
после нагрева (М) к массе исходного образца Мо): 1 – циклические нагревы до
200 оС, 2 – до 650 оС .
На рис. 5 приведены результаты термогравиметрического анализа образца.
Видно, что первичный нагрев образца до температуры 600оС сопровождается потерей
15% его массы, дальнейшее повышение температуры до 650оС не приводит к
изменению массы образца.
Проведение циклических нагревов образца показало следующее. При первичном
нагреве образца до 200 оС уменьшение массы образца составляет 10,5 % (рис. 5). При
последующем охлаждении образца и выдержке его на воздухе в течение 24 ч. имеет
место восстановление массы образца, очевидно вследствие повторной физической
адсорбции воды на поверхности. Во время второго цикла нагрева происходит
уменьшение потери массы образца на 3,5 %, что свидетельствует о меньшем содержании
воды в образце и может указывать на протекание агрегации кристаллитов ZrO2 а,
1000 2000 3000 4000
40
50
60
70
80
90
П
ог
ло
щ
ен
ие
, %
, см-1
3680
1
2
147
следовательно, и на трансформацию структуры образца при первичном нагреве. Между
вторым и третим циклами нагрева происходит восстановление массы образца (с
точностью до 0,5 %) до уровня массы образца перед вторым циклом. Общее количество
адсорбированной воды, по расчетам, составляет около 7 % от первичной массы образца.
Нагрев образца до температуры 650оС сопровождается уменьшением его массы
на 15 %. Циклические нагревы конденсата до температуры 650 оС (рис. 5 кривая 2)
показали, что после нагрева до этой температуры восстановление массы образца
происходит только на 1,5 % (после второго цикла) и 1,2 % после третьего и четвертого
циклов. Это может указывать на то, что происходит удаление гидроксильных групп с
поверхности ZrO2 и свидетельствует о необратимости процессов превращения
структуры образца, протекающих при прогреве до 650 оС.
Таким образом, уменьшение массы образцов при нагревании может быть связано
с удалением физически адсорбированной воды (до температуры 150–200оC). При более
высоких температурах (до 600 оС) с поверхности образца удаляются гидроксильные
группы, что хорошо соответствует литературным данным [23–25].
Ранее [3] было показано, что на кривой ДТА этого образца в области температур
405 – 430 оС наблюдается экзотермический пик с максимумом при температуре 418оС. В
соответствии с литературными данными [20] этот пик указывает на протекание при этих
температурах структурно-химической перестройки образца вследствие кристаллизации с
образованием кубической фазы ZrO2, что подтверждается данными рентгенографии.
Изучение дифрактограмм образцов, подвергнутых нагреву (рис. 3 б-г
соответственно), показало, что образец прогретый при 200 оС, имеет дифрактограмму,
аналогичную дифрактограмме исходного образца, т.е. остается рентгеноаморфным. После
прогрева при 400 оС (рис. 3 в), на дифрактограмме появляются пики, свидетельствующие
о кристаллизации образца – образовании кубической фазы диоксида циркония ( JCPDS
№ 81-1550) со средним размером кристаллитов 10 – 12 нм (размер кристаллитов
рассчитан по уравнению Шеррера). Дальнейший прогрев образца при температуре 800оС
(рис. 4 г) приводит к увеличению интенсивности и уменьшению полуширины
дифракционных пиков, что свидетельствует о совершенствовании кристаллической
структуры кубической фазы ZrO2. Средний размер кристаллитов при этом увеличивается
до 15–17 нм.
На рис. 6 приведены изотермы адсорбции азота при температуре – 196 оС,
измеренные на исходном конденсате и образцах, прогретых при разных температурах.
Изотерма исходного образца представляет собой S-образную кривую с четко выраженным
гистерезисом, что свидетельствует о преобладающем наличии мезопор в образцах на фоне
микропористости. Изотермы прогретых образцов на рис. 6 расположены ниже, чем
изотерма исходного образца, что указывает на уменьшение общего объема пор и, в
первую очередь, резком уменьшении объема микропор образцов при отжиге. У прогретых
образцов при температурах 800 – 1000 оС S-образный характер кривых проявляется при
относительных давлениях свыше 0,7, что позволяет сделать вывод о нарастании доли
мезопор и макропор.
Рассчитанные из изотерм адсорбции азота параметры пористой структуры
образцов приведены в таблице, из которой видно, что исходный образец обладает
развитой удельной поверхностью, большим объемом сорбционного пространства и
наличием микропористости. Его удельная поверхность и общий объем пор максимальны
среди изученных образцов, что может указывать на рыхлость первичной структуры
расположения кристаллитов ZrO2 в этом образце и подтверждает рентгеновские данные
об аморфности конденсата.
148
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
P/P0
Рис. 6. Изотермы адсорбции азота ZrO2–Y2O3: 1 – исходный образец, 2 – образец,
прогретый при температуре 200 оС, 3 – 400 оС, 4 – 600 оС, 5 – 800 оС, 6 – 1000 оС.
Таблица. Характеристики пористой структуры образцов конденсата диоксида циркония,
стабилизированного оксидом иттрия
№
п/п
Время*,
сут.
Температура
прогрева, оС
SBET,
м2/г
Vtot,
cм3/г
Vmic,
cм3/ г
Vmic/
Vtot
Sext,
м2/г
Smic,
м2/г
Средн.
радиус пор,
нм
1 20 257 0,233 0,048 0,20 147 110 1,81
2 160 207 0.204 0.0332 0, 16 134 74 1,98
3 386 211 0.207 0.0313 0,15 137 74 1,96
4 35 200 202.0 0.211 0.025 0,12 143.6 58.4 2,1
5 35 400 109.6 0.161 0 0 109.6 0 2,9
6 35 600 81.56 0.147 0 0 81.56 0 3,6
7 35 800 36.01 0.114 0 0 36.01 0 6,3
8 35 1000 13,18 0,078 0 0 12,35 0 11,9
*- Время проведения измерения, прошедшее после синтеза образца
При прокаливании образца наблюдается (см. таблицу), практически линейное
уменьшение удельной поверхности со 257 м2/г у исходного образца до 13 м2/г у образца
после прогрева при 1000 оС (уменьшение на 94,9 %), что хорошо согласуется с
литературными данными [13]. Общий объем пор изменяется в меньшей степени (66,5 %
от первоначального), чем удельная поверхность. С увеличением температуры прогрева
наблюдается увеличение среднего радиуса пор в образцах с 1,8 нм в образце №1 до 11,9
нм в образце № 8, прогретом при 1000 оС, причем такое увеличение среднего радиуса
пор при температурах прогрева от 600 и до 1000оС носит экспоненциальный характер.
Интересно сопоставить изменение удельной поверхности (табл.) и пористого
пространства конденсата ZrO2 – 6,5 % Y2O3, в зависимости от температуры прогрева
(рис.7). Распределение пор по радиусам, рассчитанное методом TФП, показывает, что
исходный образец представляет собой бипористую структуру с радиусами пор 1,8 –
2,4 нм. Этот образец имеет максимальную удельную поверхность. При температуре
прогрева 200 оС в образце наблюдается развитие микроструктуры и возникновение пор с
1
2
3
4
5
6
О
бъ
ем
а
дс
ор
би
ро
ва
нн
ог
о
аз
от
а,
с
м
3 /г
149
радиусами 1,3–1,5 нм, которые у исходного образца отсутствуют. Это явление
наблюдается на фоне падения удельной поверхности (на 21 %) и общего объема пор
образца на (10%). Объяснить это явление можно, сопоставив полученные результаты с
данными по старению этого образца (таблица). Практически полное совпадение
параметров текстуры образцов (в пределах ошибки эксперимента) свидетельствует о
протекании одинаковых процессов, а именно, при прогреве до 200 оС и при старении
происходит агрегация первичных кристаллитов ZrO2 во вторичные образования более
плотной структуры, но еще без образования кристаллической фазы. Из дифрактограммы
приведенной на рис. 4 б следует, что при прогреве 200 оС образец остается аморфным.
Конденсат, состаренный в течение одного года, имеет практически те же параметры
структуры, что и после полугодовой выдержки.
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0 2 4 6 8 10
1
2
3
4
5
Радиус пор, нм
Рис. 7. Распределение пор по радиусам, рассчитанное методом TФП, образца ZrO2 – 6.5
Y2O3 в зависимости от температуры прогрева: 1- исходный образец, 2 – 200 ºC,
3 – 400 ºC, 4 – 800 оС, 5 – 1000 ºC.
Повышение температуры прогрева до 400 оС приводит к появлению кубической
фазы ZrO2. Частичная кристаллизация образца сопровождается сжатием первичных
аморфных частиц, уменьшением, практически вдвое, удельной поверхности,
исчезновением микропористости и появлением пор с радиусами 0,8 и 1,2 нм, которые
отсутствуют у исходного образца. При этом исчезают поры с радиусом 1,8 нм, а объем
пор с радиусом 2,4 нм резко уменьшается. По нашему мнению, это может
свидетельствовать о том, что в процесс кристаллизации в первую очередь вовлекаются
более мелкие частицы ZrO2. При дальнейшем повышении температуры прогрева
исчезают максимумы для пор радиусом 1,8 нм и уменьшается количество пор радиусом
2,4 нм. При нагреве образца до температуры 800 оС все максимумы на кривых
распределения пор исчезают, остаётся незначительная пористая структура с порами
радиусом 2,4 нм и более. При этом в образце остается только 14 % от первоначальной
удельной поверхности. Это свидетельствует об укрупнении кристаллитов при указанной
температуре нагрева, на что дополнительно указывают данные рентгенофазового
исследования образцов. Прогрев образца при температуре 1000 оС приводит к
дальнейшему формированию кристаллической структуры, что видно по увеличению
dV
(r
),
с
м
3 /н
м
150
среднего радиуса пор ZrO2 и резкому уменьшению удельной поверхности и общего
объема пор образца.
Выводы
1. Методом электронно-лучевого испарения и последующей конденсации
паровой фазы в вакууме получен рентгеноаморфный материал с наноразмерной
структурой из высокодисперсных хаотично ориентированных кристаллитов размером 3–
5 нм. Он обладает удельной поверхностью 257 м2/г, общим объемом пор 0,233 см3/г и
средним радиусом пор 1,8 нм.
2. После контакта образца с парами воды, находящимися в воздухе, на его
поверхности формируется гидратный покров, состоящий из гидроксильных групп и
пленки адсорбированной воды.
3. При хранении образца на воздухе при комнатной температуре происходит
процесс самопроизвольного агрегирования первичных наночастиц с уменьшением
параметров пористой структуры и удельной поверхности на 20 %.
4. Термическая обработка аморфного образца в интервале температур 200 –
1000 °С приводит к формированию более равновесной структуры с огрублением её
элементов. При температуре около 400 оС происходит кристаллизация с образованием
кубической фазы ZrO2 со средним размером кристаллитов ZrO2 10 – 12 нм. После
нагрева до температуры 800оС средний размер кристаллитов возрастает до 15 – 17 нм.
Дальнейшее нагревание образца приводит к трансформации наноразмерной структуры
конденсата ZrO2 – 6,5 % Y2O3 в микроразмерную.
Авторы выражают благодарность сотрудникам Института сорбции и проблем
эндоэкологии НАН Украины Н.Н. Цыбе и Л.С. Кузнецовой за помощь, оказанную при
проведении исследований.
Литература
1. Мовчан Б.А. Электронно-лучевая гибридная нанотехнология осаждения
неорганических материалов в вакууме // Актуальные проблемы современного
материаловедения. – 2008. – Т. 1. – С. 227–247.
2. Мовчан Б.А. Электронно-лучевая технология испарения и осаждения из паровой
фазы неорганических материалов с аморфной, нано- и микроструктурой //
Наносистеми, наноматериалы, нанотехнологии. – 2004. – Т. 2, № 4. – С. 1103–1126.
3. Зайцев Ю.П., Мовчан Б.А., Дидикин Г.Г., Оранская Е.И. Наноразмерная структура
конденсатов ZrO2-Y2O3, осажденных из паровой фазы в вакууме // Укр. хим. журн.
– 2012. – T. 78, № 4. – С. 15–21.
4. Sohn Y.H., Lee E.Y., Nagaraj B.A., Biederman R.R., Sisson R.D. Jr. Micro structural
characterization of thermal barrier coatings on high pressure turbine blades // Surface and
Coatings Technol. – 2001. – V. 146–147. – P. 132–139.
5. Butz B., Kruse P., Stormer H., Gerthsen D., Miiller A., Weber A., Ivers-Tiffee
E.Correlation between microstructure and degradation in conductivity for cubic Y2O3-
doped ZrO2 // Solid State Ionic. – 2006. – V. 177. – P. 3275–3284.
6. Leng Y.J., Chan S.H., Khor K.A., Jiang S.P., Cheang P. Effect of characteristics of
Y2O3/ZrO2 powders on fabrication of anode-supported solid oxide fuel cells // J. Power
Sources. – 2003. – V. 117. – P. 26–34.
7. Константинова Т.Е., Даниленко И.А., Токий В.В. Волкова Г.К., Глазунова В.А.,
Токий Н.В., Пилипенко Н.П., Дорошкевич А.С., Носолев И.К.. Нанопорошки на
основе диоксида циркония: получение, исследование, применение // Наносистеми,
наноматериалы, нанотехнологии. – 2004. – Т. 2, № 2. – С. 609–632.
151
8. Савина Д.Л., Токий В.В., Константинова Т.Е., Токий Н.В. Явление переноса в
приповерхностных слоях диоксида циркония // Наносистеми, наноматериалы,
нанотехнологии – 2008. – Т. 6, № 3. – С. 725–730.
9. Li Y., He D., Zhu Q., Zhang X., Xu B.Effects of redox properties and acid-base properties
on isosynthesis over ZrO2-based catalysts // J. Catal. – 2004. – V. 221. – P. 584–593.
10. Zhu J., van Ommen J.G., Lefferts L. Partial oxidation of methane by O2 and N2O to
syngas over yttrium-stabilized ZrO2 // Catal. Today. – 2006. – V. 112. – P. 82–85.
11. Zhu J., van Ommen J.G., Lefferts L.Effect of surface OH groups on catalytic
performance of yittrium-stabilized ZrO2 in partial oxidation of CH4 to syngas // Catal.
Today. – 2006. – V. 117. – P. 163–167.
12. Ilyas M., Ikramullah F. Dehydrogenation of cyclohexanol to cyclohexanone catalysed by
Y2O3/ZrO2: activation energy // Catal. Commun. – 2004. – V. 5. – P. 1–4.
13. Миронюк Т.В., Орлик С.Н., Стружко В.Л., Казимиров В.П. Каталитические
свойства нанофазных сложных оксидных цирконийсодержащих систем в процессе
СКВ оксидов азота легкими углеводородами // Наносистемы, наноматериалы,
нанотехнологии. – 2004. – T. 2, № 1. – С. 277–290.
14. Гуральский А.В., Косамбетова Г.Р., Мороз Э.М., Гриценко В.И., Стрижак П.Е.
Активность медь-церий-циркониевых катализаторов в реакции окисления водорода
// Теор. и эксперим. химия. – 2011. – Т.47, № 4. – С. 240–245.
15. Bellido J.D.A., Tanabe E.Y., Assaf E.M. Carbon dioxide reforming of ethanol over
Ni/Y2O3-ZrO2 catalysts // Appl. Catal. B. – 2009. – V. 90. – P. 485–488.
16. Bellido J.D.A., Assaf E.M. Nickel catalysts supported on ZrO2,Y2O3-stabilized ZrO2 and
CaO-stabilized ZrO2 for the steam reforming of ethanol: Effect of the support and nickel
load // J. Power Sources. – 2008. – V. 177. – P. 24–32.
17. Wyrwalski F., Lamonier J.-F., Siffert S., Gengembre L., Aboukais A. Modified Co3O4/ZrO2
catalysts for VOC emissions abatement // Catal. Today. – 2007. – V. 119. – P. 332–337.
18. Sen D., Patra A.K., Mazumder S., Ramanathan S.. Pore morphology in sintered ZrO2-8
mol% Y2O3 ceramic: a small-angleneutron scattering investigation // J. Alloys and
Compounds. – 2002. – V. 340. – P. 236–241.
19. Christel L.-R., Florence A., Celine D., Gaudon M, Rousset A. Dense yttria stabilized
zirconia: sintering and microstructure // Ceram. Intern. – 2003. – V. 29. – P. 151–158.
20. Bukaemskiy A.A, Barrier D., Modolo, G. Physical properties of 8 mol% Ceria doped
yttria stabilised zirconia powder and ceramic and their behaviour during annealing and
sintering // J. Europ. Ceram. Soc. – 2006. – V.26. – P. 1507–1515
21. Оранская Е.И., Горников Ю.И. Фесенко Т.В. Автоматизированная методика
определения средних размеров кристаллитов поликристаллических твердых тел //
Завод. лаб.–1994. –Т. 60, № 1. – С.28.
22. Movchan B.A., Lemkey F.D. Some approaches to producing microporous materials and
coatings by EB-PVD // Surf. Coatings Technol. – 2003. – V. 165. – P. 90–100.
23. Raz S., Sasaki K., Maier J., Riess I.Characterization of adsorbed water layers on Y2O3-
doped ZrO2 // Solid State Ionics. – 2001. – V. 143. – P. 181–204.
24. Бевз В.В., Биков I.П., Брик О.Б., Глинчук М.Д., Калініченко А.М.. Зв’язок процесів
дегідроксилації з перезарядкою йонів хрому у нанорозмірних частинках ,
легованих ітрійом і хромом // Наносистеми, наноматериалы, нанотехнологии. –
2007. – T. 5, № 2. C. 505–515.
25. Бевз В.В.. Наноразмерные частицы диоксида циркония в условиях температурного
воздействия в различных атмосферах // Наносистеми, наноматериалы,
нанотехнологии. – 2008. – T. 6, № 3. – C. 717–724.
152
ТРАНСФОРМАЦІЯ СТРУКТУРИ АМОРФНОГО КОНДЕНСАТУ ZrO2-6,5% Y2O3,
ОТРИМАНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВИМ ВИПАРОВУВАННЯМ І
ОСАДЖЕННЯМ У ВАКУУМІ, ПРИ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБЦІ
Ю.П. Зайцев2, Б.О. Мовчан1, О.І. Оранська3, Г.Г. Дідікін1,
С.Е. Литвин1, С.М. Романенко1
1Інститут электрозварювання ім. Є.О. Патона Національної академії наук України
вул. Боженко 11, Київ 03680 МСП, Україна
2 Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова 13, Київ 03164 Україна
3 Інститут химії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова 17, Київ 03164 Україна
Вивчено вплив температури прогріву до 1000оС в інертному середовищі (аргон) на
структурні характеристики нанодисперсного конденсату ZrO2-6,5%Y2O3, отриманого за
допомогою технології електронно-променевого випаровування і осадження в вакуумі (EB-PVD).
Досліджено фазовий склад, розмір часток, питому поверхню, об’єм і середній радіус пор
конденсатів ZrO2 - 6,5%Y2O3. Показано динаміку агрегації аморфних нанорозмірних кристалітів
при нагріванні з утворенням кубічної фази діоксиду цирконію.
TRANSFORMATION OF THE STRUCTURE OF AMORPHOUS CONDENSATE
ZrO2- 6, 5% Y2O3, PRODUCED BY EB-PVD, DURING HEAT TREATMENT
Yu.P. Zaitsev2, B.A. Movchan1, G.G. Didikin1, Ye.I. Oranska3,
S.E. Litvin1, S.M. Romanenko1
1The E.O. Paton Electric Welding Institute National Academy of Sciences of Ukraine
11, Bozhenko Str., Kyiv, 03680, Ukraine
2Institute for Sorption and Endoecology Problems National Academy of Sciences of Ukraine
13, Generala Naumova Str., Kyiv 03164, Ukraine
3Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
17, Generala Naumova Str., Kyiv 03164, Ukraine
The effect of heating temperature on the structural characteristics of nanosized condensate
ZrO2 - 6, 5% Y2O3 was studied. The condensate was obtained using the EB-PVD technology. The upper
limit of heating temperature was 1000oC. The phase composition, particle size, surface area, volume
and average pore radius of condensates ZrO2 - 6,5% Y2O3 were studied. The dynamics of aggregation
of amorphous nanosized crystallites upon heating to form the cubic phase of ZrO2 was shown.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-479 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:13:05Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/04/217f0019a9f6ec34801ac40517c27b04.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4792018-11-27T09:37:46Z Transformation of the structure of amorphous condensate ZrO2- 6, 5% Y2O3, produced by eb-pvd, during heat treatment Трансформация структуры аморфного конденсата ZrO2-6,5%Y2O3, полученного электронно-лучевым испарением и осаждением в вакууме,при термической обработке Трансформація структури аморфного конденсату ZrO2-6,5% Y2O3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці Zaitsev, Yu. P. Movchan, B. A. Oranska, Ye. I. Didikin, G. G. Litvin, S. E. Romanenko, S. M. The effect of heating temperature on the structural characteristics of nanosized condensate ZrO2 - 6, 5% Y2O3 was studied. The condensate was obtained using the EB-PVD technology. The upper limit of heating temperature was 1000oC. The phase composition, particle size, surface area, volume and average pore radius of condensates ZrO2 - 6,5% Y2O3 were studied. The dynamics of aggregation of amorphous nanosized crystallites upon heating to form the cubic phase of ZrO2 was shown. Изучено влияние температуры прогрева до 1000оС в инертной среде (аргон) на структурные характеристики нанодисперсного конденсата ZrO2-6,5 %Y2O3, полученного по технологии электронно-лучевого испарения и осаждения в вакууме. Определены фазовый состав, размер частиц, удельная поверхность, объем и средний радиус пор конденсатов ZrO2 – 6,5 %Y2O3. Установлена динамика агрегации аморфных наноразмерных кристаллитов при нагреве с образованием кубической фазы диоксида циркония. Вивчено вплив температури прогріву до 1000оС в інертному середовищі (аргон) на структурні характеристики нанодисперсного конденсату ZrO2-6,5%Y2O3, отриманого за допомогою технології електронно-променевого випаровування і осадження в вакуумі (EB-PVD). Досліджено фазовий склад, розмір часток, питому поверхню, об’єм і середній радіус пор конденсатів ZrO2 - 6,5%Y2O3. Показано динаміку агрегації аморфних нанорозмірних кристалітів при нагріванні з утворенням кубічної фази діоксиду цирконію. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2012-09-04 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/479 Surface; No. 4(19) (2012): Surface; 142-152 Поверхность; № 4(19) (2012): Поверхность; 142-152 Поверхня; № 4(19) (2012): Поверхня; 142-152 3154-8091 3154-8083 ru https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/479/478 Авторське право (c) 2012 Yu.P. Zaitsev, B.A. Movchan, G.G. Didikin, Ye.I. Oranska, S.E. Litvin, S.M.Romanenko |
| spellingShingle | Zaitsev, Yu. P. Movchan, B. A. Oranska, Ye. I. Didikin, G. G. Litvin, S. E. Romanenko, S. M. Трансформація структури аморфного конденсату ZrO2-6,5% Y2O3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці |
| title | Трансформація структури аморфного конденсату ZrO2-6,5% Y2O3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці |
| title_alt | Transformation of the structure of amorphous condensate ZrO2- 6, 5% Y2O3, produced by eb-pvd, during heat treatment Трансформация структуры аморфного конденсата ZrO2-6,5%Y2O3, полученного электронно-лучевым испарением и осаждением в вакууме,при термической обработке |
| title_full | Трансформація структури аморфного конденсату ZrO2-6,5% Y2O3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці |
| title_fullStr | Трансформація структури аморфного конденсату ZrO2-6,5% Y2O3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці |
| title_full_unstemmed | Трансформація структури аморфного конденсату ZrO2-6,5% Y2O3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці |
| title_short | Трансформація структури аморфного конденсату ZrO2-6,5% Y2O3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці |
| title_sort | трансформація структури аморфного конденсату zro2-6,5% y2o3, отриманого електронно-променевим випаровуванням і осадженням у вакуумі, при термічної обробці |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/479 |
| work_keys_str_mv | AT zaitsevyup transformationofthestructureofamorphouscondensatezro265y2o3producedbyebpvdduringheattreatment AT movchanba transformationofthestructureofamorphouscondensatezro265y2o3producedbyebpvdduringheattreatment AT oranskayei transformationofthestructureofamorphouscondensatezro265y2o3producedbyebpvdduringheattreatment AT didikingg transformationofthestructureofamorphouscondensatezro265y2o3producedbyebpvdduringheattreatment AT litvinse transformationofthestructureofamorphouscondensatezro265y2o3producedbyebpvdduringheattreatment AT romanenkosm transformationofthestructureofamorphouscondensatezro265y2o3producedbyebpvdduringheattreatment AT zaitsevyup transformaciâstrukturyamorfnogokondensatazro265y2o3polučennogoélektronnolučevymispareniemiosaždeniemvvakuumepritermičeskojobrabotke AT movchanba transformaciâstrukturyamorfnogokondensatazro265y2o3polučennogoélektronnolučevymispareniemiosaždeniemvvakuumepritermičeskojobrabotke AT oranskayei transformaciâstrukturyamorfnogokondensatazro265y2o3polučennogoélektronnolučevymispareniemiosaždeniemvvakuumepritermičeskojobrabotke AT didikingg transformaciâstrukturyamorfnogokondensatazro265y2o3polučennogoélektronnolučevymispareniemiosaždeniemvvakuumepritermičeskojobrabotke AT litvinse transformaciâstrukturyamorfnogokondensatazro265y2o3polučennogoélektronnolučevymispareniemiosaždeniemvvakuumepritermičeskojobrabotke AT romanenkosm transformaciâstrukturyamorfnogokondensatazro265y2o3polučennogoélektronnolučevymispareniemiosaždeniemvvakuumepritermičeskojobrabotke AT zaitsevyup transformacíâstrukturiamorfnogokondensatuzro265y2o3otrimanogoelektronnopromenevimviparovuvannâmíosadžennâmuvakuumípritermíčnoíobrobcí AT movchanba transformacíâstrukturiamorfnogokondensatuzro265y2o3otrimanogoelektronnopromenevimviparovuvannâmíosadžennâmuvakuumípritermíčnoíobrobcí AT oranskayei transformacíâstrukturiamorfnogokondensatuzro265y2o3otrimanogoelektronnopromenevimviparovuvannâmíosadžennâmuvakuumípritermíčnoíobrobcí AT didikingg transformacíâstrukturiamorfnogokondensatuzro265y2o3otrimanogoelektronnopromenevimviparovuvannâmíosadžennâmuvakuumípritermíčnoíobrobcí AT litvinse transformacíâstrukturiamorfnogokondensatuzro265y2o3otrimanogoelektronnopromenevimviparovuvannâmíosadžennâmuvakuumípritermíčnoíobrobcí AT romanenkosm transformacíâstrukturiamorfnogokondensatuzro265y2o3otrimanogoelektronnopromenevimviparovuvannâmíosadžennâmuvakuumípritermíčnoíobrobcí |