Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 269-275. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 269-275. HfSiO 4 (hafnon) with a tetragonal crystal lattice, containing an isomorphous inclusion of cerium. A hafnium-containing solid solution based on cerium dioxide (cerianite) was present as an impurity phase. Using the Rietveld method, the compositions of phases in calcined mixtures were calculated, as well as the compositions of the resulting solid solutions based on Vegard's law. Keywords: hafnon, cerianite, solid solutions, solid-state synthesis, mechanical activation Acknowledgements: the article was supported by the federal budget on the topic of the state assignment of the Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral RawMaterials of the Kola Sciencе Centre of RAS No. FMEZ-2023-0018. Funding: state assignment on the topic of research No. FMEZ-2023-0018. For citation: Kuzmenkov O. A., Kalinkin A. M. Sinthesis cerium-containing solid solutions based on hafnium silicate using mechanical activation // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 269-275. doi:10.37614/2949-1215.2024.15.1.044. Силикат гафния (гафнон) HfSiO 4 изоструктурен циркону ZrSiO 4 и имеет тетрагональную структуру с пространственной группой 14\/amd [1], образует с цирконом твёрдые растворы [2]. Обычно он встречается как второстепенный компонент в природных цирконах [3] и реже как основная фаза в природных комплексах, где циркон является второстепенной фазой [4]. Благодаря своим термическим и электрофизическим свойствам (стойкость к термическому удару, низкий коэффициент расширения в широком диапазоне температур, высокая теплопроводность, низкая относительная диэлектрическая проницаемость и низкие диэлектрические потери) [5, 6 ] гафнон является перспективным высокоэффективным термостойким материалом [5], используется в полупроводниковых приборах [7] или в качестве микроволновой подложки для электронной передачи данных [ 6 ]. Для получения HfSiO 4 используют твердофазный метод [2, 6 , 8-12], золь-гель метод [5, 12, 13], синтез в солевом расплаве [1], физическое осаждение из газовой фазы [14] и гидротермальный синтез [15, 16]. Кроме того, поскольку керамика цирконового типа (например, ZrSiO 4 и HfSiO 4 ) изоструктурна силикатам актиноидов A 4 +SiO 4 , а также благодаря своей высокой химической стабильности, она была предложена в качестве потенциальных актинид-специфичных матриц для иммобилизации радионуклидов, связанных с высокоактивными ядерными отходами и, более конкретно, избытком плутония, полученного от демонтированного ядерного оружия [17-19]. В частности, соединения (Hf, Pu)SiO 4 были получены Б. Е. Бураковым с сотрудниками золь-гель методом [20]. Эти эксперименты показали, что содержание плутония в таких материалах не может превышать 7 мас. %. Из-за высокой радиоактивности и опасности работы с плутонием в качестве его аналога используют церий, так как эти элементы имеют очень близкие ионные радиусы: R(Pu4+) = 0,96 A, R(Ce4+) = 0,97 А [ 2 1 ]. Цель данного исследования — синтез церийсодержащих твёрдых растворов на основе гафнона твёрдофазным методом с применением предварительной механоактивации (МА) и определение их состава. М атериалы и методы Для синтеза применялись оксиды гафния HfO 2 и церия CeO 2 квалификации х. ч. В качестве кремнезёмсодержащего компонента использовались реактивный аморфный SiO 2 xH 2 0 (удельная поверхность — 292 м 2 /г, содержание Н 2 О — 17,07 мас. %) и гидратированный кремнезём, полученный из шлака комбината «Печенганикель» (удельная поверхность — 710 м 2 /г, содержание Н 2 О — 35,62 мас. %) [22]. Мольное соотношение оксидов в обеих композициях составляло: SiO 2 : HfO 2 : CeO 2 = 1 : 0,9 : 0 , 1 . Механоактивацию выполняли в лабораторной планетарно-шаровой мельнице АГО-2 при центробежном факторе 40 g в течение 10 мин. Эксперимент проводился с использованием стальных шаров и барабанов, при этом загрузка в барабаны осуществлялась исходя из соотношения вещество : шары = 1 : 20. На втором этапе синтеза смеси после МА прокаливали при различных температурах в интервале от 1000 до 1400 °С в течение 3 ч. Прокаливание образцов проводилось в электропечи SNOL 6.7/1300 и RHF-1600. Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили на дифрактометре Rigaku Miniflex-600 (Си-Ка-излучение). Съёмка рентгенограмм проводилась со скоростью 2° (2Ѳ) в минуту. Для моделирования профилей пиков использовали метод фундаментальных © Кузьменков О. А., Калинкин А. М., 2024 270