BiFe2(PO4)3 Ceramics: Fabrication by Hot Pressing and Spark Plasma Sintering, Thermal Conductivity, and Thermal Diffusivity

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BiFe2(PO4)3 ceramic powder with controlled chemical and phase compositions has been prepared by evaporation of the salt solution, followed by heat treatment. The powder was consolidated by hot pressing and spark plasma sintering, which allowed high-density (92–98%) BiFe2(PO4)3 ceramics with the α-CaMg2(SO4)3 structure to be obtained. Their thermal diffusivity was investigated by the laser flash method in the range 298–573 K, and the thermal conductivity of the high-density (98%) ceramic was determined. Its thermal conductivity was shown to decrease with increasing temperature. The thermal diffusivity and thermal conductivity (0.9–1.4 W/(m K)) of the BiFe2(PO4)3 ceramics demonstrate that they are heat insulators with high working temperatures.

About the authors

V. I. Pet’kov

Nizhny Novgorod State University

Email: piaterikovegor@gmail.com
603950, Nizhny Novgorod, Russia

D. A. Lavrenov

Lobachevsky State University

Email: petkov@inbox.ru
603022, Nizhny Novgorod, Russia

A. M. Kovalskii

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: petkov@inbox.ru
119991, Moscow, Russia

D. A. Permin

Lobachevsky State University

Author for correspondence.
Email: petkov@inbox.ru
603022, Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. Петьков В.И., Дорохова Г.И., Орлова А.И. Архитектура фосфатов с каркасами состава {[L2(PO4)3]p–}3∞ // Кристаллография. 2001. Т. 46. № 1. С. 76−81.
  2. Singh B., Wang Z., Park S., Gautam G.S., Chotard J.N., Croguennec L., Carlier D., Cheetham A.K., Masquelier C., Canepa P. A Chemical Map of NaSiCON Electrode Materials for Sodium-ion Batteries // J. Mater. Chem. A. 2021. V. 9. № 1. P. 281−292. https://doi.org/10.1039/D0TA10688G
  3. Yang Z., Tang B., Xie Z., Zhou Z. NASICON-Type Na3Zr2Si2PO12 Solid-State Electrolytes for Sodium Batteries // ChemElectroChem. 2021. V. 8. № 6. P. 1035–1047. https://doi.org/10.1002/celc.202001527
  4. Balaji D., Mandlimath T.R., Chen J., Matsushita Y., Kumar S.P. Langbeinite Phosphates KPbM2(PO4)3 (M = = Cr, Fe): Synthesis, Structure, Thermal Expansion, and Magnetic Properties Investigation // Inorg. Chem. 2020. V. 59. № 18. P. 13245−13253. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c01597
  5. Ding J., Zhu P., Li Z., Wang Z., Ai L., Zhao J., Yu F., Duan X., Jiang H. Synthesis, Electronic Structure and Upconversion Photoluminescence of Langbeinite-type K2TiYb(PO4)3 Microcrystals // Optic. 2021. V. 244. P. 167549. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.167549
  6. Петьков В.И., Лавренов Д.А. Способ синтеза фосфатов металлов в степени окисления III: Патент на изобретение № 2758257. Опубликовано: 27.10. 2021. Бюл. “Изобретения. Полезные модели” № 30.
  7. Weil M. Single Crystal Growth of CaMg2(SO4)3 via Solid-/Gas-Phase Reactions and Its Nasicon-Related Crystal Structure // Cryst. Res. Technol. 2007. V. 42. № 11. P. 1058−1062. https://doi.org/10.1002/crat.200710975
  8. Krivovichev S.V., Shcherbakova E.P., Nishanbaev T.P. The Crystal Structure of β-CaMg2(SO4)3, a Mineral Phase from Coal Dumps of the Chelyabinsk Coal Basin // Can. Mineral. 2010. V. 48. № 6. P. 1469−1475. https://doi.org/10.3749/canmin.48.5.1469
  9. Петьков В.И., Сомов Н.В., Лавренов Д.А., Суханов М.В., Фукина Д.Г. Синтез и структура двух представителей фосфатов, образованных катионами металлов в степени окисления III, аналогов α-CaMg2(SO4)3 // Кристаллография. 2020. Т. 65. № 5. С. 745−750. https://doi.org/10.31857/S0023476120050173
  10. Пятаков А.П., Звездин А.К. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики // УФН. 2012. Т. 182. № 6. С. 593−620.
  11. Dikhtyar Y.Y., Deyneko D.V., Boldyrev K.N., Borovikova E.Y., Lipatiev A.S., Stefanovich S.Y., Lazoryak B.I. Luminescent Properties of Er3+ in Centrosymmetric and Acentric Phosphates Ca8MEr(PO4)7 (M = Ca, Mg, Zn) and Ca9–xZnxLa(PO4)7:Er3+ // Mater. Res. Bull. 2021. V. 138. P. 111244. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2021.111244
  12. Pet’kov V.I., Lavrenov D.A., Kulikova E.V., Smirnova N.N., Markin A.V. Structural Characteristics, Heat Capacity, and Thermal Expansion of BiFe2(PO4)3 // J. Chem. Eng. Data. 2021. V. 66. № 8. P. 3020–3027. https://doi.org/10.1021/acs.jced.1c00074
  13. Петьков В.И., Лавренов Д.А., Ковальский А.М. Синтез и исследование теплового расширения нового семейства фосфатов – аналогов α-CaMg2(SO4)3 // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 8. С. 861–865. https://doi.org/10.31857/S0002337X2108025X
  14. Бубнова Р.С., Филатов С.К. Терморентгенография поликристаллов. Часть II. Определение количественных характеристик тензора термического расширения: учебное пособие. CПб: С.-Петерб. гос. ун-т, 2013. 143 с.
  15. Drebushchak V.A. Thermal Expansion of Solids: Review on Theories // J. Therm. Anal. Calorim. 2020. V. 142. № 2. P. 1097−1113. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09370-y
  16. Tokita M. Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems, and Applications // Handbook of Advanced Ceramics. N.Y.: Academic Press, 2013. P. 1149−1177. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-385469-8.00060-5
  17. Munir Z.A., Anselmi-Tamburini U., Ohyanagi M. The Effect of Electric Field and Pressure on the Synthesis and Consolidation Materials: A Review of the Spark Plasma Sintering Method // J. Mater. Sci. 2006. V. 41. P. 763–777. https://doi.org/10.1007/s10853-006-6555-2
  18. Чувильдеев В.Н., Болдин М.С., Дятлова Я.Г., Румянцев В.И., Орданьян С.С. Сравнительное исследование горячего прессования и искрового плазменного спекания порошков Al2O3−ZrO2−Ti(C,N) // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 10. С. 1128−1134. https://doi.org/10.7868/S0002337X15090031
  19. Klemens P.G. Thermal Resistance due to Point Defects at High Temperatures // Phys. Rev. 1960. V. 119. № 2. P. 507−509. https://doi.org/10.1103/PhysRev.119.507
  20. Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: Наука, 1992. 184 с.
  21. Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. М.: Наука, 1993. 187 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (1MB)
Indexing metadata
3.

Download (212KB)
Indexing metadata
4.

Download (37KB)
Indexing metadata
5.

Download (36KB)
Indexing metadata
6.

Download (29KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 В.И. Петьков, Д.А. Лавренов, А.М. Ковальский, Д.А. Пермин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».