Вестник Кольского научного центра РАН № 2-3, 2025 г.

прим ен ение м е ха но хим и ч ес ко го подхода для п о л у ч е н и я ф у н к ц и о н а л ь ны х ЦЕРИйСОДЕРЖАЩИХ керамик НА ОСНОВЕ ЦИРКОНА Вестник Кольского научного центра 2-3/2025 (18) С использованием сырья КОЛЬСКОГО п о л у о с т р о в а Введение Минералоподобные керамики с тетраго­ нальной структурой циркона (ZrSiO4) и твердые растворы на его основе за счет сочетания осо­ бых характеристик занимают важное место в современном материаловедении и находят широкое применение во многих высокотехно­ логических отраслях промышленности. В час­ тности, циркон обладает высокой химической инертностью, очень низким коэффициентом теплопроводности (35 Вт/(м-К) при 1000 °C), низ­ ким коэффициентом линейного теплового рас­ ширения (4.110-6 °C-1 в интервале 25-1400 °C) [Rendtorff et al., 2012; Shi et al., 1994]. Циркон не претерпевает структурных превращений вплоть до температуры диссоциации (1675 °C), а его механическая прочность не ухудшается даже при температуре выше 1400 °C [Shi et al., 1994]. Совокупность таких характеристик де­ лает циркон и твердые растворы на его основе перспективными для применения в качестве керамических матриц для иммобилизации вы­ сокорадиоактивных отходов ядерной энерге­ тики, в частности, отходов плутониевой группы [Finch et al., 2009; Orlova et al., 2019]. При изуче­ нии аккумулирования цирконом актиноидов в качестве аналога плутония применяется це­ рий вследствие близости ионных радиусов Pu4+ (0.96 А) и Се4+ (0.97 A) [Tu et al., 2015]. Несмотря на то, что материалы на основе циркона обла­ дают многочисленными преимуществами, та­ кие проблемы, как сложность методов синтеза и доступность исходных компонентов могут ограничить их широкое использование. В этой связи актуальной задачей является оптимиза­ ция существующих и разработка новых спосо­ бов их получения для преодоления указанных ограничений, в том числе с применением меха- нохимических подходов. Известными методами синтеза функцио­ нальных материалов на основе церийсодер­ жащего циркона, помимо различных вариаций твердофазного метода, являются гидротер­ мальный и золь-гель методы. При этом слож­ ность синтеза циркона твердофазным спосо­ бом заключается в крайне низкой скорости реакции при низких температурах (до 1200 °C) и необходимости применения достаточно вы­ соких температур (1400-1600 °C) в течение длительного времени (до 72 ч) [Ding et al., 2015; Xie et al., 2017]. Сводная таблица по методикам синтеза церийсодержащего циркона приведе­ на в работе [Kalinkin et al., 2024]. Более прогрессивным и эффективным, в том числе с точки зрения экологических тре­ бований, является использование механохи- мических методов, которые обеспечивают ин­ тенсификацию твердофазной реакции за счет достижения высокой степени дисперсности, увеличения межфазной поверхности, дефор­ мационного перемешивания и накопления реагентами избыточной энергии в виде струк­ турных дефектов. В ИХТРЭМС КНЦ РАН разра­ ботаны и продолжают совершенствоваться гидрометаллургические схемы переработки уникального кольского природного и техно­ генного минерального сырья. Внедрение этих схем в перспективе создаст условия для по­ лучения разнообразных функциональных материалов, включая материалы на основе циркона, с использованием «мягких» методов синтеза, в том числе с применением механо­ активации (МА). Использование центробеж­ но-планетарной мельницы АГО-2 значительно упрощает данный процесс по сравнению с дру­ гими планетарными мельницами (например, Активатор^Ц ) за счет высокого КПД мель­ ницы [Аввакумов и др. 2008; Poluboyarov et al., 2017]. Синтез церийсодержащего циркона ос­ нован на ранее установленной проф. Е. Г. Ав­ вакумовым с соавт. возможности получения циркона с высоким выходом, близким к 100%, в результате прокаливания при относительно низких температурах предварительно механо- активированной смеси оксида циркония и гид­ ратированного оксида кремния [Аввакумов и др., 1999]. Актуальность описываемого цикла работ заключается в том, что в качестве пре­ курсоров могут быть использованы промпро- дукты, реализующиеся на различных переде­ лах в указанных технологических схемах. Цель данной работы - представить в виде краткого обзора данные по синтезу твердых растворов на основе циркона с изоморф­ ным содержанием церия с применением МА из смеси оксидов реактивной чистоты, а также 16