Formation of nanocrystalline solid solutions based on zirconia dioxide in the system Sm2O3–ZrO2


Cite item

Full Text

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

Abstract

Методами термического анализа и рентгеновской дифракции исследовано фазообразование в наноразмерных порошковых системах составов (ZrO2)100−х(Sm2O3)х, где x = 3–6 мол.%, полученных после термообработки прекурсоров, синтезированных гидролизным золь–гель-способом, при температурах 180, 750, 950, 1350 и 1450°С. Установлены температурные и концентрационные интервалы образования нанокристаллических твердых растворов с кубической, тетрагональной и моноклинной сингониями. Данные результаты имеют практическое значение при установлении температуры спекания порошков с целью получения керамики с определенным фазовым составом.

About the authors

L. I. Podzorova

A. A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: lpodzorova@imet.ac.ru
Leninsky Ave., 49, Moscow, 119334 Russia

V. P. Sirotinkin

A. A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: lpodzorova@imet.ac.ru
Leninsky Ave., 49, Moscow, 119334 Russia

A. A. Ilyicheva

A. A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: lpodzorova@imet.ac.ru
Leninsky Ave., 49, Moscow, 119334 Russia

A. A. Konavalov

A. A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: lpodzorova@imet.ac.ru
Leninsky Ave., 49, Moscow, 119334 Russia

N. A. Mikhailina

A. A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: lpodzorova@imet.ac.ru
Leninsky Ave., 49, Moscow, 119334 Russia

O. I. Penkova

A. A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Sciences

Email: lpodzorova@imet.ac.ru
Leninsky Ave., 49, Moscow, 119334 Russia

T. R. Chueva

A. A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lpodzorova@imet.ac.ru
Leninsky Ave., 49, Moscow, 119334 Russia

References

  1. Garvie R.C., Nicholson P.S. Structure and thermomechanical properties of partially stabilized zirconia in the CaO–ZrO2 system // J. Am. Ceram. Soc. 1972. V. 55. № 3. P. 152–157. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1972.tb11241.x
  2. Garvie R.C., Hannink R.H., Pascoe R.T. Ceramic steel? // Nature. 1975. V. 258 (5537) P. 703–704.
  3. Chevalier J., Liens A., Revero H., Zhang F., Reynaud P., Douillard T., Preiss L., Sergo V., Lughi V., Swain M., Courtois N. Fourty years after the pro- mise of “ceramic steel?”: zirconia based composites with a metal like mechanical behavior // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 103. № 3. P. 1482–1513. https://doi.org/10.1111/jace.16903
  4. Shevchenko A.V., Lashneva V.V., Dudnik E.V., Ruban A.K., Red’ko V.P., Verbilo D.G., Podzorova L.I. Complex doped zirconia for ceramic implants: production and properties // Powder Metall. Met. Ceram. 2014. V. 53. № 7–8. P. 441–448. https://doi.org/10.1007/s11106-014-9636-9
  5. Guo L., Li M., Ye F. Phase stability and thermal conductivity of Re2O3 (Re = La, Nd, Gd, Yb) Yb2O3 co-doped Y2O3 stabilized ZrO2 ceramics // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 6. P. 7360–7365. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.01.138
  6. Морозова Л.В., Калинина М.В., Арсентьев М.Ю., Шилова О.А. Влияние криохимической и ультразвуковой обработки на текстуру, термическое разложение ксерогелей и свойства нанокерамики в системе ZrO2–Y2O3–Al2O3 // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 6. С. 654–661. https://doi.org/ 10.7868/S0002337X17060112
  7. Вильданова М.Ф., Никольская А.Б., Козлов С.С., Карягина О.К., Ларина Л.Л., Шевалеевский О.И., Альмяшева О.В., Гусаров В.В. Наноструктуры на основе системы ZrO2–Y2O3 для перовскитных солнечных элементов // Докл. Академии наук. 2019. Т. 484. № 6. С. 712–715. https://doi.org/10.31857/S0869-56524846712-715
  8. Белоусова О.Л., Федоренко Н.Ю., Хамова Т.В. Исследование физико-химических свойств ксерогелей, порошков и керамики на основе ZrO2 с добавкой оксида алюминия // Физика и химия стекла. 2024. Т. 50. № 2. С. 220–228. https://doi.org/ 10.31857/S0132665124020101
  9. Диаграммы состояния систем тугоплавких оксидов / Под. Ред. Галахова Ф.Я. Выпуск 5. Двойные системы. Ч.1. Л.: Наука, 1985. 284 с.
  10. Khor K.A., Yang J. Transformability of t-ZrO2 and lattice parameters in plasma sprayed rare-earth oxides stabilized zirconia coatings // Scr. Mater. 1997. V. 37. № 9. P. 1279–1286. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(97)00262-5
  11. Borik M.A., Kulebyakin A.V., Lomonova E.E., Milovich F.O., Myzina V.A., Ryabochkina P.A., Sidorova N.V., Tabachkova N.Yu., Chislov A.S. Effect of heat treatment on the structure and mechanical properties of zirconia crystals partially stabilized with samarium oxide // Mod. Electron. Mater. 2023. V. 9. № 3. P. 123–131. https://doi.org/10.3897/j.moem.9.3.115614
  12. Borik M.A., Chislov A.S., Kulebyakin A.V., Lomonova E.E., Milovich F.O., Myzina V.A., Ryabochkina P.A., Sidorova N.V., Tabachkova N Yu. Phase composition and mechanical properties of Sm2O3 partially stabilized zirconia crystals // Crystals. 2022. V. 12. № 11. P. 1630. https://doi.org/10.3390/cryst12111630
  13. Andrievskaya E.R., Lopato L.M. Influence of composition on the T→M transformation in the systems ZrO2–Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu) // J. Mater. Sci. 1995. V. 30. P. 2591–2596. https://doi.org/10.1007/BF00362139
  14. Katamura J., Seki T., Sakuma T. The cubic-tetragonal phase equilibria in the ZrO2–R2O3 (R = Y, Gd, Sm, Nd) systems // J. Phase Equilibr. 1995. V. 16. P. 315–319. https://doi.org/10.1007/BF02645287
  15. Lakiza S.M., Zaitseva Z.O., Lopato L.M. Phase diagram of the Al2O3−ZrO2−Sm2O3 system. III. Solidus surface and phase equilibria in alloy crystallization // Powder Metall. Met. Ceram. 2006. V. 45. № 5–6. P. 259–260. https://doi.org/10.1007/s11106-006-0073-2
  16. Fabrichnaya O.В., Seifert H.J. Assessment of thermodynamic functions in the ZrO2–Sm2O3–Al2O3 System // J. Alloys Compd. 2009. V. 475. № 1–2. P. 86–95. https://doi.org/ 10.1016/j.jallcom.2008.07.037
  17. Wang С., Zinkevich M., Aldinger F. Experimental investigation and thermodynamic modeling of the ZrO2–SmO1.5 system // J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. № 7. Р. 2210–2219. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2007.01692.x
  18. Панова Т.И., Савченко Е.П., Рощина Е.В., Глушкова В.Б. Сравнительная оценка методов получения частично стабилизированного диоксида циркония // Журн. прикл. химии. 1990. Т. 63. № 1. С. 100–105.
  19. Shevchenko V.Ya., Glushkova V.B., Panova T.I., Lapshin A.E., Podzorova L.I., Il’icheva A.A. Preparation of ultrafine tetragonal ZrO2–CeO2 solid solutions // Inorg. Mater. 2001. V. 37. № 7. P. 692–697. https://doi.org/10.1023/A:1017626107197
  20. Kraus W., Nolze G. POWDER CELL – a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns // J. Appl. Crystallogr. 1996. V. 29. № 3. P. 301–303. https://doi.org/10.1107/S0021889895014920
  21. Gražulis S., Daškevič A., Merkys A., Chateigner D., Lutterotti L., Quirós M., Serebryanaya N.R., Moeck P., Downs R.T., Le Bail A. Crystallography Open Database (COD): An open-access collection of crystal structures and platform for world-wide collaboration // Nucl. Acids Res. 2012. V. 40. № D1.P. D420–D427. https://doi.org/10.1093/nar/gkr900
  22. Jakubus P., Adamski A., Kurzawa M., Sojka Z. Texture of zirconia obtained by forced hydrolysis of ZrOCl2 solutions // J. Therm. Anal. Calorim. 2003. V. 72. № 1. P. 299–310. https://doi.org/ 10.1023/A:1023952627054
  23. Петрунин В.Ф., Попов В.В., Чжу Х., Тимофеев А.А. Синтез нанокристаллических высокотемпературных фаз диоксида циркония // Неорган. материалы. 2004. Т. 40. № 3. С. 303–311.
  24. Вест А.Р. Химия твердого тела. Теория и приложения. Пер. с англ.; под ред. Третьякова Ю.Д. М.: Мир,1988. 555 с.
  25. Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. М.: Наука, 1993. 187с.
  26. Попов В.В., Петрунин В.Ф. Исследование процессов образования и устойчивости метастабильных фаз в нанокристаллическом ZrO2 // Огнеупоры и техническая керамика. 2007. № 8. С. 8–14.
  27. Yashima M., Ishizawa N., Yoshimura M. High-temperature x-ray study of the cubic–tetragonal diffusionless phase transition in the ZrO2–ErO1.5 system: i, phase change between two forms of a tetragonal phase, t'-ZrO2 and t"-ZrO2, in the compositionally homogeneous 14 mol% ErO1.5–ZrO2 // J. Am. Ceram. Soc. 1993. V. 76. № 3. P. 641–648. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb03654.x
  28. Горелов В.П. Высокотемпературные фазовые переходы в ZrO2 // Физика твердого тела. 2019. Т. 61. № 7. С. 1346–1351. https://doi.org/10.21883/FTT.2019.07.47849.383

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».