Inorganic MaterialsInorganic MaterialsНеорганические материалы0002-337X3034-5588The Russian Academy of Sciences23194810.31857/S0002337X23070138QSTCOBArticlesСтатьиUnknownBiFe2(PO4)3 Ceramics: Fabrication by Hot Pressing and Spark Plasma Sintering, Thermal Conductivity, and Thermal DiffusivityПолучение методами горячего прессования и электроимпульсного плазменного спекания керамики BiFe2(PO4)3, ее тепло- и температуропроводностьPet’kovV. I.ПетьковВ. И.piaterikovegor@gmail.comLavrenovD. A.ЛавреновД. А.petkov@inbox.ruKovalskiiA. M.КовальскийА. М.petkov@inbox.ruPerminD. A.ПерминД. А.petkov@inbox.ruNizhny Novgorod State UniversityНижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоLobachevsky State UniversityНижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоVernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of SciencesИнститут геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук0107202359783083625122023Copyright ©; 2023, В.И. Петьков, Д.А. Лавренов, А.М. Ковальский, Д.А. ПерминCopyright ©; 2023, В.И. Петьков, Д.А. Лавренов, А.М. Ковальский, Д.А. Пермин2023В.И. Петьков, Д.А. Лавренов, А.М. Ковальский, Д.А. ПерминВ.И. Петьков, Д.А. Лавренов, А.М. Ковальский, Д.А. Перминhttps://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/231948

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.

Керамический порошок BiFe2(PO4)3 контролируемого химического и фазового состава получен упариванием раствора солей с последующей термообработкой. Консолидацию порошка проводили с использованием горячего прессования и электроимпульсного плазменного спекания, получена высокоплотная (92–98%) керамика BiFe2(PO4)3 со структурой α-CaMg2(SO4)3. Методом лазерной вспышки в интервале 298−573 K исследована температуропроводность, определена теплопроводность высокоплотной (98%) керамической формы. Теплопроводность керамики убывает с повышением температуры. Температуропроводность и коэффициенты теплопроводности (0.9–1.4 Вт/(м К)) керамики BiFe2(PO4)3 характеризуют ее как теплоизолятор с высокой рабочей температурой.

bismuth iron phosphateα-CaMg2(SO4)3 structure typeceramicsthermal diffusivitythermal conductivityфосфат висмута-железаструктурный тип α-CaMg2(SO4)3керамикатемпературопроводностьтеплопроводностьПетьков 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.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/D0TA10688GYang 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.202001527Balaji 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.0c01597Ding 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.2021.167549Петьков 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.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.200710975Krivovichev 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.48.5.1469Петьков 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/S0023476120050173Пятаков А.П., Звездин А.К. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики // УФН. 2012. Т. 182. № 6. С. 593−620.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.2021.111244Pet’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.1c00074Петьков 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/S0002337X2108025XБубнова 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.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-yTokita 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/B978-0-12-385469-8.00060-5Munir 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/s10853-006-6555-2Чувильдеев 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/S0002337X15090031Klemens 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.119.507Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: Наука, 1992. 184 с.Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. М.: Наука, 1993. 187 с.