51. Відділ функціональної кераміки на основі рідкісних земель

Основні напрямки наукової діяльності

• Фундаментальні дослідження фазових рівноваг в системах оксидів вищої вогнетривкості (з температурою плавлення вище за 2000 °С), закономірності кристалізації евтектичних та навколо-евтектичних сплавів, мартенситних перетворень, вивчення структури і властивостей фаз.

Найкращі результати

2017 рік

ФАЗОВІ РІВНОВАГИ ТА ДІАГРАМИ СТАНУ СИСТЕМ НА ОСНОВІ РІДКИХ ЗЕМЕЛЬ ЯК ФІЗИКО-ХІМІЧНА ОСНОВА СТВОРЕННЯ ТЕКСТУРОВАНОЇ КЕРАМІКИ БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Вперше вивчено фазові рівноваги та властивості твердих розчинів в потрійних системах CeO₂-La₂O₃-Sm₂O₃ при 1250 °С, La₂O₃-Y₂O₃(Lu₂O₃)-Eu₂O₃ при 1500 °С та подвійних системах La₂O₃-Ln₂O₃ (Ln = Sm, Eu, Gd) при 1250 °С у всьому інтервалі концентрацій. Побудовано 7 потрійних систем CeO₂-La₂O₃-Ln₂O₃, ZrO₂-La₂O₃-Ln₂O₃ (Ln = Sm, Eu, Gd, Er, Dy, Yb), La₂O₃-Y₂O₃-Nd₂O₃ та 9 подвійних систем CeO₂-Ln₂O₃, La₂O₃-Ln₂O₃ (Ln = Sm, Eu, Gd, Er, Dy, Yb). Визначено границі розчинності, параметри та об"єми елементарних комірок утворених в системах фаз. Встановлено основні закономірності будови діаграм стану в рядах систем CeO₂-Ln₂O₃-Ln´₂O₃, CeO₂-Ln₂O₃ та La₂O₃-Ln₂O₃ в залежності від іонного радіусу Ln³⁺. Представлені результати є довідниковим матеріалом та будуть використані для створення технологій отримання нових матеріалів функціонального та конструкційного призначення (О.А.Корнієнко, О.В.Чудінович, А.В.Самелюк, О.І.Биков)

НОВІ КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ТЕПЛОЗАХИСНИХ ПОКРИТТІВ

Вперше отримано зразки прототипів матеріалів на основі систем ZrO₂-Y₂O₃(La₂O₃)-Ln₂O₃ (Ln = La, Nd, Gd, Yb), вивчено фазові рівноваги в потрійних системах при 1100, 1500, 1600 °С в усьому інтервалі концентрацій для розробки фізико-хімічних основ створення теплозахисних покриттів нового покоління з покращеними функціональними та конструкційними властивостями. В результаті побудовано ізотермічні перерізи діаграм стану систем ZrO₂-La₂O₃(Y₂O₃)-Gd₂O₃ при 1500, 1600 °С. Встановлено, що для вказаних систем характерно утворення областей твердих розчинів на основі тетрагональної (Т), кубічної із структурою типу флюориту (F) модифікацій ZrO₂, гексагональної (А), моноклінної (В), кубічної (С) модифікацій оксидів РЗЕ, а також упорядкованої фази типу пірохлору Ln₂Zr₂O₇ (Py). Показано, що в системі ZrO₂-La₂O₃-Gd₂O₃ при 1600 °С існує обмежена область гомогенності упорядкованої фази Gd₂Zr₂O₇, однак із зниженням температури до 1500 °C утворюється неперервний ряд твердих розчинів типу пірохлору, який при подальшому зниженні температури збільшується. Широкі області існування фази типу пірохлору надають можливість вибору складу для отримання теплозахисних покриттів. Для поліпшення властивостей керамічного шару YSZ теплозахисного покриття розроблено оптимальні склади композиційних матеріалів леговані оксидами РЗЕ (Nd₂O₃, Gd₂O₃, Yb₂O₃, La₂O₃). З будови ізотермічних перерізів діаграм стану вивчених систем визначено оптимальний температурний режим отримання матеріалів певного фазового складу для теплозахисних покриттів (О.А.Корнієнко, О.В.Чудінович, М.С.Яковлева, А.В.Рагуля)

2016 рік

ФАЗОВІ РІВНОВАГИ В СИСТЕМАХ ОКСИДІВ РЗЕ, ZrO₂ ТА РОЗРОБКА БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИХ КЕРАМІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ ІОННИХ ПРОВІДНИКІВ І ОПТИЧНО ПРОЗОРОЇ КЕРАМІКИ НОВОГО ПОКОЛІННЯ

У рамках виконання роботи в 2016 р. вперше вивчено фазові рівноваги та властивості твердих розчинів в потрійних системах CeO₂-La₂O₃-Sm₂O₃ (Eu₂O₃, Gd₂O₃), La₂O₃-Y₂O₃-Nd₂O₃ при 1500 °С та подвійних системах CeO₂-Ln₂O₃, La₂O₃-Ln₂O₃ (Ln = Sm, Eu, Gd, Er, Dy, Yb) у всьому інтервалі концентрацій. Побудовано діаграми стану зазначених систем.

Зразки готували з концентраційним ступенем 1-5 мол. % із розчинів нітратів з послідуючим випарюванням та розкладом нітратів на оксиди шляхом прожарювання при 1200 °С (2 год). Фазовий склад зразків досліджено методами рентгенівського і мікроструктурного аналізів. Рентгенофазовий аналіз зразків виконано за методом порошку на установках ДРОН-1.5 та ДРОН-3 при кімнатній температурі (CuКα - випромінювання). Періоди кристалічних ґраток розраховано за методом найменших квадратів з використанням програми LATTIC з похибкою не нижче 0,0002 нм для кубічної фази. Для визначення фазового складу використано базу даних Міжнародного комітету порошкових стандартів (JSPDS International Center for Diffraction Data 1999). Склад зразків контролювали за допомогою спектрального і хімічного аналізу вибірково. Мікроструктури вивчали на шліфах випалених зразків з використанням даних локального рентгеноспектрального аналізу (ЛРСА), виконаного на установках SUPERPROBE-733 (JEOL, Japan, Palo Alto, CA) та JAMP-9500F (Oxford Instruments) у зворотно відбитих електронах (BSE та СОМРО) і у вторинних електронах (SE).

Побудовано 7 потрійних систем CeO₂-La₂O₃-Ln₂O₃, ZrO₂-La₂O₃-Ln₂O₃ (Ln = Sm, Eu, Gd, Er, Dy, Yb), La₂O₃-Y₂O₃-Nd₂O₃та 9 подвійних систем CeO₂-Ln₂O₃, La₂O₃-Ln₂O₃ (Ln = Sm, Eu, Gd, Er, Dy, Yb). Встановлено, що для досліджених систем характерно утворення областей твердих розчинів на основі тетрагональної (Т), кубічної із структурою типу флюориту (F) модифікацій ZrO₂, гексагональної (А), моноклінної (В), кубічної (С) модифікацій оксидів РЗЕ, а також упорядкованих фаз типу пірохлору Ln₂Zr₂O₇ (Py) та перовскиту (R), що розділені між собою двофазними (А+Py), (A+F), (A+B), (A+C), (B+ F), (R+C), (R+B), (Py+F), (T+F), (Py+T), (B+C), (C+F) та трифазними (A+F+Py), (A+B+F), (Py+F+T), (B+C+F), (R+B+C), (F+A+C), (A+C+B) полями, відповідно. Визначено границі розчинності, параметри та об’єми елементарних комірок утворених в системах фаз. Встановлено основні закономірності будови діаграм стану в рядах систем CeO₂-Ln₂O₃-Ln?₂O₃, CeO₂-Ln₂O₃ та La₂O₃-Ln₂O₃ в залежності від іонного радіусу Ln³⁺. (О.А.Корнієнко, О.В.Чудінович, А.В. Самелюк, В.В. Ковиляєв)

ВИВЧЕННЯ ТЕРМОБАРИЧНОЇ І КОНЦЕНТРАЦІЙНОЇ СТАБІЛЬНОСТІ ФАЗ ТИПУ ПЕРОВСКИТУ В ПОТРІЙНИХ СИСТЕМАХ La₂O₃-Lu₂O₃ (Y₂O₃)-Ln₂O₃ (де Ln = Er, Yb) для створення анізотропних текстурованих лазерних матриць

Вперше підготовлено зразки для вивчення фазових рівноваг в багатокомпонентних оксидних системах на основі оксидів РЗЕ та синтезу оксидних порошків Ln:LaYO₃ для отримання прозорої кераміки. Встановлено, що фазові рівноваги в системах на основі оксидів лантану-лютецію супроводжується формуванням фази типу перовскиту і залежать від відношення швидкості упорядкування фази LaYO₃ та іонних радіусів домішок. Визначено, що метастабільні фазові співвідношення систем La₂O₃-Lu₂O₃ (Y₂O₃)-Ln₂O₃ можуть бути використаними в якості порівняльного стану, в якому фази перовскиту ще немає. Таким чином, можливо виготовити кераміку як в рівноважному так і нерівноважному стані як під високим тиском, так і в вільної формі. Можливість реалізації цього фундаментального результату не наведено в літературі. Однак є серйозні теоретичні підстави для фазоутворення під тиском, коли тиск прискорює фазові перетворення, але гальмує зміни наноструктури и дозволяє зберегти розмір зерен менше за ? довжини хвилі світла у щільної і прозорої анізотропної кераміці. (О.І Биков, Н.І. Власко, О.А.Корнієнко, О.В., Рагуля А.В., О.В. Чудінович).

НОВІ КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ТЕПЛОЗАХИСНИХ ПОКРИТТІВ

Вперше проведено синтез порошків та отримано зразки оксидних систем: ZrO₂-Y₂O₃-Ln₂O₃ (де Ln = La₂O₃, Nd₂O₃), вивчено фазові рівноваги, досліджено кінетику, механізми і структуроутворення підчас спікання нових керамічних наноструктурних композитів з покращеними функціональними та конструкційними властивостями в зазначених системах для розробки фізико-хімічних основ створення теплозахисних покриттів нового покоління.

Вперше проведено порівняльне дослідження впливу умов синтезу на особливості стану фаз в системах ZrO₂-Y₂O₃-Ln₂O₃ (де Ln = La₂O₃, Nd₂O₃). Синтезовані нанопорошки фази LaYO₃ легованої оксидом неодиму, методом співосадження гідроксидів, шляхом змішування нітратів РЗЕ з комплексним аміачним розчином. Частинки порошків розміром 10-20 нм були зібрані в агломерати розміром 40-120 нм, з яких отримані стабільні суспензії придатні для шлікерного лиття в магнітному полі. Здійснено шлікерне лиття нанопорошків Nd:LaYO₃ в умовах сильного магнітного поля з індукцією 12 Tл, що надало можливість наночастинкам зорієнтуватися і сформувати текстуровану неізотропну керамічну заготовку з однорідною пористістю і щільністю 0.55-0.60 від теоретичної.

Зразки готували з концентраційним ступенем 1-5 мол. % із розчинів нітратів та спільним осадженням. Порошки пресували в таблетки діаметром 5 і висотою 4 мм під тиском 10 МПа. Термообробку зразків проводили: в печах з нагрівачами H23U5T (фехраль) при 600, 1100, 1250 °С протягом 500 год і з нагрівачами MoSi₂ при 1500 °C протягом 50 год в середовищі повітря. Зразки нагрівали від кімнатної до потрібної температури із швидкістю 3.5 град/хв. Фазовий склад зразків досліджено методами рентгенівського і мікроструктурного аналізу.

Рентгенофазовий аналіз зразків виконано за методом порошку на установках ДРОН-1.5 та ДРОН-3 при кімнатній температурі (CuКα - випромінювання). Шаг сканування складав 0,05-0,1 град у діапазоні кутів 2θ від 15 до 90°.

Встановлено, що для досліджених систем характерно утворення областей твердих розчинів на основі тетрагональної (Т), кубічної із структурою типу флюориту (F) модифікацій ZrO₂, гексагональної (А), моноклінної (В), кубічної (С) модифікацій оксидів РЗЕ, а також упорядкованих фаз типу пірохлору Ln₂Zr₂O₇ (Py), перовскиту (LaYO₃) та Zr₃Y₄О₁₂ (δ) ромбоедричної структури. Для поліпшення властивостей керамічного шару YSZ теплозахисного покриття розроблено оптимальні склади композиційних матеріалів леговані оксидами РЗЕ (Nd₂O₃, Gd₂O₃, Yb₂O₃, La₂O₃). (О.А.Корнієнко, О.В.Чудінович, М.С. Яковлева, А.В. Рагуля)

ФАЗОВІ РІВНОВАГИ У ПОДВІЙНИХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВІ ОКСИДІВ РІДКОЗЕМЕЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЯК ОСНОВА СТВОРЕННЯ ПЕРСПЕКТИВНИХ МАТЕРІАЛІВ

Вперше за допомогою методів рентгенофазового аналізу, електронної мікроскопії та петрографії досліджено фазові рівноваги в системах СеO₂–Ln₂O₃ (Ln = Yb, Dy) при температурах 600, 1100, 1500 °С та La₂O₃-Ln₂O₃ (Ln = Yb) при температурах 1600, 1500, 1100 ?С у всьому інтервалі концентрацій. Побудовано елементи діаграм стану подвійних систем СеO₂–Yb₂O₃ (Dy₂O₃), La₂O₃–Yb₂O₃ при вказаних температурах.

Вивчення твердофазної взаємодії La₂O₃ (гексагональна модифікація, А) та Yb₂O₃ (кубічна модифікація оксидів рідкісноземельних елементів, С типу, просторова група Ia-3) при температурах 1600, 1500, 1100 °С показало, що в системі La₂O₃-Yb₂O₃ утворюються три типу твердих розчинів: кубічної структури на основі С-Yb₂O₃, гексагональної модифікації А-La₂O₃ а також структури типу перовскиту з ромбічними викривленнями LaYbO₃ (R), які розділені двофазними полями (A + R) та (С + R). Встановлено, що розчинність La₂O₃ в C-модифікації Yb₂O₃ складає ~3 мол. % при 1500 ?C. Параметр елементарної комірки зростає від а = 1.0432 нм для чистого Yb₂O₃ до а = 1.0456 нм для зразка, що містить 5 мол. % La₂O₃. Розчинність Yb₂O₃ у гексагональній А- модифікації оксиду лантану складає ~9 мол. % (1500 °С). Параметри елементарної комірки R фази змінюються від а = 0.6015, в = 0. 5805, с = 0.8438 нм для однофазного зразка, що містить 50 мол. % La₂O₃ -50 мол. % Yb₂ O₃ до а = 0.6033, в = 0. 5846, с = 0.8395 нм для двофазного зразка (R + С), що містить 40 мол. % La₂O₃ -60 мол. % Yb₂O₃. Встановлено, що упорядкована фаза LaYbO₃ (R) при температурі 1500 C існує в інтервалі концентрацій 48-56 мол. % Yb₂O₃.

Встановлено, що в системах СеO₂–Dy₂O₃ (Yb₂O₃) при температурах 600, 1100, 1500 С існують два типу твердих розчинів: кубічної структури на основі флюориту F-CeO₂ та С-Dy₂O₃ (Yb₂O₃), які розділяє широка гетерогенна область (С + F). Встановлено, що розчинність Dy₂O₃ в F-модифікації CeO₂ при 1500 ?C складає 20 мол. %. Розчинність CeO₂ у кубічній (С) модифікації оксиду диспрозію складає 10 мол.%. Розчинність Yb₂O₃ в F-модифікації CeO₂ складає 25 мол. % при 1500 С. Параметр елементарної комірки F-CeO₂ зменшується від а = 0.5409 нм для чистого CeO₂ до а = 0.5349 нм для зразка, що містить 30 мол. % Yb₂O₃. (О.В. Чудінович, О.В. Широков)

Співробітники

Корнієнко О.А.
д.х.н.

Батаєв М.М.

Батаєв Ю.М.
д.ф.

Лавриненко О.М.
ст.н.сп., д.х.н.

Павленко О.Ю.
к.х.н.

Чудінович О.В.
к.х.н.

Юрченко Ю.В.

Публікації

2024 << 2020 2019 2018 2017 2016 2015 2014 >> 1997 Всі Довідник

• Фазові рівноваги в потрійній системі La₂O₃—Y₂O₃—Nd₂O₃ в області температур плавлення
  †О.Р.Андрієвська, В.П.Стеценко, І.С.Суббота, О.В.Чудінович, Ю.В.Юрченко, В.С.Урбанович (2017) Сучасні проблеми фізичного матеріалознавства, #26, Київ: ІПМ ім.І.М.Францевича НАН України, C.3-11
• Взаємодія оксидів лантану, ітрію та неодиму при температурі 1800 °С
  †О.Р.Андрієвська, О.В.Чудінович, Ж.Д.Багатирьова, О.І.Биков, І.С.Суббота, В.С.Урбанович (2017) Сучасні проблеми фізичного матеріалознавства, #26, Київ: ІПМ ім.І.М.Францевича НАН України, C.12-22
• Взаємодія оксидів лантану та гадолінію при температурі 1100 °С
  †О.Р.Андрієвська, О.А.Корнієнко, О.І.Биков (2017) Сучасні проблеми фізичного матеріалознавства, #26, Київ: ІПМ ім.І.М.Францевича НАН України, C.23-30
• Структура нанорозмірних феришпінелей, отриманих в процесі ротаційно-корозійного диспергування, та їх взаємодія з розчинами олеїнової кислоти
  О.М.Лавриненко, О.Ю.Павленко, Ю.М.Больбух (2017) Сучасні проблеми фізичного матеріалознавства, #26, Київ: ІПМ ім.І.М.Францевича НАН України, C.201-218