Труды КНЦ (Технические науки вып. 5/2023(14))

Двойные оксиды с формулой A 2 B 2 O 1 (где A — четырехвалентный, а B — трехвалентный элементы) активно изучаются в последние годы вследствие особенностей их структуры и многообразия различных областей применения. Структура указанных соединений чаще всего относится к пространственной группе Fd3 m (структура пирохлора), а также к Fm 3 m (дефектный флюорит) [1]. Соединения такого типа могут служить перспективными материалами для получения твердооксидных топливных элементов, диэлектрических материалов, термобарьерных покрытий, прозрачной керамики, катализаторов, а также в качестве веществ для иммобилизации радиоактивных отходов [1-8]. В частности, прозрачная керамика на основе Y 2 Hf 2 Oi перспективна в области высокоэнергетической ядерной медицины, такой как компьютерная томография (КТ) и позитронно- эмиссионная томография (ПЭТ) [1]. В работе [3] авторами был получен гафнат иттрия Y 2 Hf 2 Oi методом твердофазного синтеза с применением механоактивации (МА), которая проводилась в планетарной мельнице Fritsch Pulverisette (P5) в течение 5 часов. В эксперименте по МА использовали барабаны и шары, изготовленные из карбида вольфрама, при этом соотношение вещество : шары составляло 1:10. По данным просвечивающей электронной микроскопии, средний размер кристаллитов Y 2 Hf 2 O 7 с структурой дефектного флюорита после механоактивации и термообработки при 1450 °С в течение 30 мин составил 50 нм [3]. В настоящем исследовании использована центробежно­ планетарная мельница АГО-2, которая по сравнению с Fritsch Pulverisette (P5) более эффективна как механоактиватор, что позволяет проводить МА в более короткие сроки. В продолжение ранее проведенных исследований по твердофазному синтезу цирконатов РЗЭ [9­ 1 2 ] целью данной работы является получение нанокристаллического гафната иттрия Y 2 Hf 2 O 7 с применением МА смеси оксидов иттрия и гафния в центробежно-планетарной мельнице АГО-2. Оксиды иттрия и гафния получали из шестиводного нитрата иттрия Y(NO 3 ) 3 ' 6 H 2 O «х.ч» и восьмиводного оксихлорида гафния HfOCh' 8 H 2 O «х.ч.» соответственно путем осаждения гидроксидов из растворов солей аммиаком с последующей прокалкой при температуре 1000 °С в течение 3 часов. МА стехиометрической смеси оксидов проводили на лабораторной центробежно-планетарной мельнице АГО-2 при центробежном факторе 40 g в течение 10 мин с учетом результатов предыдущих работ по синтезу цирконатов РЗЭ [9-12]. Эксперимент по МА проводили с использованием стальных барабанов и стальных шаров диаметром 8 мм, при соотношении загрузка : шары 1 : 2 0 . Для минимизации намола проводили футеровку барабанов и шаров стехиометрической смесью оксидов иттрия и гафния. С целью обеспечения гомогенности смеси через каждую минуту МА мельницу выключали, а порошок в барабане перемешивали шпателем. Исходную смесь оксидов готовили механической обработкой в мельнице АГО-2 соответствующих количеств Y 2 O 3 и HfO 2 в течение 30 с при центробежном факторе 20 g. Для завершения процесса образования сложного оксида все смеси прокаливались в электропечи SNOL 6,7/1300 при различных температурах в интервале от 600 до 1400 °С в течение 3 часов. ИК-спектры снимали на спектрометре Nicolet 6700 с использованием таблетированного бромида калия. Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили на дифрактометре Shimadzu XRD 6000 (Cu-Ka-излучение). Съемку рентгенограмм вели с шагом 0,02° (2Ѳ). Время накопления сигнала в точке составляло 1 с. В ИК-спектрах механоактивированной смеси оксидов, прокаленной при различных температурах (не приведены), полоса при ~ 3420 см -1 соответствует валентным колебаниям гидроксидных групп, что объясняется поглощением смесью оксидов атмосферной влаги при МА. Эта полоса присутствует только в спектрах образцов, прокаленных до 1000 °С. В ходе МА происходит также хемосорбция атмосферного углекислого газа, о чем свидетельствует появление в спектрах двойной полосы поглощения при 1400-1500 см-1, отвечающей валентным колебаниям карбонатной группы. Согласно полученным данным, декарбонизация образцов достигается при температуре прокаливания 1100 °С и выше. Результаты РФА смеси оксидов после МА и прокаливания при различных температурах представлены на рис. 1. Кристаллизация Y 2 Hf 2 O! со структурой флюорита происходит при температурах прокаливания 1100 °С и выше, о чем свидетельствует появление в рентгенограммах характерных пиков (111), (200), (220) и (311) [13]. В рентгенограммах образцов, прокаленных при более низких температурах, помимо пиков Y 2 Hf 2 O 7 , также присутствуют пики непрореагировавшего оксида гафния. © Кузьменков О. А., Калинкин А. М., 2023 Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 5. С. 50-55. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 5. P. 50-55. 51