RU2467983C1 - Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals - Google Patents

Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals Download PDF

Info

Publication number
RU2467983C1
RU2467983C1 RU2011120045/03A RU2011120045A RU2467983C1 RU 2467983 C1 RU2467983 C1 RU 2467983C1 RU 2011120045/03 A RU2011120045/03 A RU 2011120045/03A RU 2011120045 A RU2011120045 A RU 2011120045A RU 2467983 C1 RU2467983 C1 RU 2467983C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixed
rare
powder
mixed oxides
temperature
Prior art date
Application number
RU2011120045/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Владимирович Попов
Вадим Федорович Петрунин
Сергей Александрович Коровин
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority to RU2011120045/03A priority Critical patent/RU2467983C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2467983C1 publication Critical patent/RU2467983C1/en

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of nanocrystalline powder of mixed oxides of rare-earth elements and subgroup IVB metals and can be used in producing neutron-absorbing and heat-insulating materials and solid electrolytes for high-temperature solid oxide fuel cells. The disclosed method involves preparation of a mixed hydroxide via coprecipitation of salts, filtering and washing the obtained precipitate, drying followed by calcination until a mixed oxide is obtained, grinding said oxide, pressing and annealing the obtained compact product. The step for calcining the mixed hydroxide is carried out in the temperature range of 800-1200°C, and the powder of mixed oxides is ground through mechanical activation in a planetary mill for 18-36 minutes. The rare-earth element used is dysprosium and the subgroup IVB metals are titanium, zirconium and hafnium.
EFFECT: increase in density of ceramic tablets obtained from nanocrystalline powder to 7.5 g/cm3 or higher.
3 cl, 13 ex, 2 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к технологии неорганических материалов, в частности к способам получения нанокристаллических порошков и керамики на основе веществ с общей формулой Ln2+xM2-xO7-x/2, где Ln - редкоземельный элемент (РЗЭ), M - металл подгруппы IVB (Ti, Zr, Hf), и может быть использовано для изготовления нейтронопоглощающих [1] и теплоизолирующих [2] материалов, твердых электролитов для высокотемпературных твердооксидных топливных элементов [3].The present invention relates to the technology of inorganic materials, in particular to methods for producing nanocrystalline powders and ceramics based on substances with the general formula Ln 2 + x M 2-x O 7-x / 2 , where Ln is a rare-earth element (REE), M is a metal subgroup IVB (Ti, Zr, Hf), and can be used for the manufacture of neutron-absorbing [1] and heat-insulating [2] materials, solid electrolytes for high-temperature solid oxide fuel cells [3].

Известен способ получения поликристаллического нейтронопоглощающего материала на основе гафната диспрозия [4], по которому оксид диспрозия (65-85 мас.%) смешивают с диоксидом гафния и далее полученную смесь в виде компактированного образца спекают в интервале температур 1500-2000°C. В связи с использованием процесса твердофазного синтеза недостатком данного способа является многофазность полученного материала из-за возможности наличия в нем остатков непрореагировавших исходных веществ (в основном оксида диспрозия).A known method of producing a polycrystalline neutron-absorbing material based on dysprosium hafnate [4], in which dysprosium oxide (65-85 wt.%) Is mixed with hafnium dioxide and then the resulting mixture in the form of a compacted sample is sintered in the temperature range 1500-2000 ° C. In connection with the use of the solid-phase synthesis process, the disadvantage of this method is the multiphase nature of the obtained material due to the possibility of the presence of residues of unreacted starting materials (mainly dysprosium oxide) in it.

Известен также способ получения поглотителя нейтронов на основе гафната диспрозия [5], согласно которому смесь оксидов диспрозия (12-85 мас.%), гафния (0,5-87 мас.%) и ниобия (0,5-20 мас.%) расплавляют методом высокочастотного индукционного плавления в холодном тигле. Быстрое охлаждение расплава, после окончания синтеза, приводит к получению однофазного гафната диспрозия, имеющего гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру флюорита. Недостатком данного способа является высокая температура синтеза (свыше 2300°C), что приводит к увеличению эксплуатационных расходов из-за использования специального комплекса аппаратуры (установки «Кристалл-401») и дополнительного реагента (оксида ниобия, положительно влияющего на получаемую кристаллическую структуру), а также ограниченные эксплуатационные возможности получаемого гафната диспрозия, а именно его использование только в виде порошка. Это объясняется тем, что невозможно получить прочные и плотные изделия (таблетки) из материала с кубической структурой типа флюорита, который был синтезирован в расплаве при температуре, значительно превышающей температуру спекания таблеток.There is also a method of producing a neutron absorber based on dysprosium hafnate [5], according to which a mixture of dysprosium oxides (12-85 wt.%), Hafnium (0.5-87 wt.%) And niobium (0.5-20 wt.% ) are melted by high-frequency induction melting in a cold crucible. The rapid cooling of the melt, after the synthesis is completed, leads to the production of a single-phase dysprosium hafnate having a face-centered cubic (fcc) fluorite structure. The disadvantage of this method is the high synthesis temperature (over 2300 ° C), which leads to an increase in operating costs due to the use of a special complex of equipment (Crystal-401 installation) and an additional reagent (niobium oxide, which positively affects the resulting crystal structure), as well as the limited operational capabilities of the resulting dysprosium hafnate, namely its use only in powder form. This is because it is impossible to obtain strong and dense products (tablets) from a material with a cubic structure such as fluorite, which was synthesized in the melt at a temperature significantly higher than the sintering temperature of the tablets.

Наиболее эффективным способом получения нанокристаллических порошов смешанных оксидов, содержащих несколько катионов, является химический метод, основанный на соосаждении смеси солей этих металлов путем нейтрализации щелочным агентом, фильтрации и промывке полученного осадка смешанного гидроксида, его сушке и дальнейшем прокаливании до соответствующего оксида [6]. Данный метод позволяет существенно значительно снизить температуру отжига, получая при этом однофазные нанокристаллические порошки в широком диапазоне размеров кристаллитов (от 3-5 до 100 нм).The most effective way to obtain nanocrystalline powders of mixed oxides containing several cations is a chemical method based on the coprecipitation of a mixture of salts of these metals by neutralizing with an alkaline agent, filtering and washing the resulting precipitate of mixed hydroxide, drying and further calcining to the corresponding oxide [6]. This method can significantly reduce the annealing temperature, while obtaining single-phase nanocrystalline powders in a wide range of crystallite sizes (from 3-5 to 100 nm).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятому в качестве прототипа является способ получения порошков состава Ln2Zr2O7 (где Ln=Gd, Nd, Sm), описанный в работе [7], согласно которому раствор, полученный в результате растворения солей Ln(NO3)3·6H2O и ZrOCl2·8H2O, медленно добавляют к раствору аммиака (NH4OH; рН 12,5). Полученный осадок фильтруют, промывают, сушат при 120°C в течение 12 ч и далее термообрабатывают при 500°C в течение 10 ч. Подготовленный таким образом порошок прокаливают при 1600°C в течение 24 ч. Результирующий порошок далее размалывают в шаровой мельнице в этаноле в течение 24 ч. Прессование таблеток осуществляют методом горячего прессования при давлении 50 МПа в токе аргона при 1500°C в течение 0,5 ч. В результате были получены таблетки с плотностью от 6,0 до 6,7 г/см3. Главным недостатком описанного способа является образование крупнокристаллических порошков с размером области когерентного рассеяния (ОКР) более 100 нм и высокой степенью агрегации (размер агрегатов до 10-15 мкм), что не позволяет получать плотные керамические изделия.Closest to the proposed invention and adopted as a prototype is a method for producing powders of the composition Ln 2 Zr 2 O 7 (where Ln = Gd, Nd, Sm), described in [7], according to which the solution obtained by dissolving salts of Ln ( NO 3 ) 3 · 6H 2 O and ZrOCl 2 · 8H 2 O, are slowly added to the ammonia solution (NH 4 OH; pH 12.5). The resulting precipitate was filtered, washed, dried at 120 ° C for 12 hours and then heat treated at 500 ° C for 10 hours. The powder thus prepared was calcined at 1600 ° C for 24 hours. The resulting powder was further ground in a ball mill in ethanol within 24 hours. Pressing of the tablets is carried out by hot pressing at a pressure of 50 MPa in an argon flow at 1500 ° C for 0.5 hours. As a result, tablets with a density of 6.0 to 6.7 g / cm 3 were obtained. The main disadvantage of the described method is the formation of coarse-grained powders with a coherent scattering region (CSR) size of more than 100 nm and a high degree of aggregation (aggregate size up to 10-15 microns), which does not allow obtaining dense ceramic products.

Технический результат, заключающийся в получении нанокристаллических порошков смешанных оксидов РЗЭ и металла подгруппы IVB с повышением плотности керамических таблеток, полученных на их основе, до 7,5 г/см3 и выше, достигается тем, что в известном способе, включающем изготовление смешанного гидроксида путем соосаждения солей, фильтрацию и промывку полученного осадка, сушку с последующим прокаливанием до получения смешанного оксида, его размол, прессование и отжиг полученных компактов, стадию прокаливания смешанного гидроксида проводят в температурном интервале 800-1200°C, а размол порошков смешанных оксидов осуществляют путем механоактивации в планетарной мельнице в течение 18-36 мин. В частном случае предлагается в качестве РЗЭ использовать диспрозий, а в качестве металлов подгруппы IVB - титан, цирконий, гафний.The technical result, which consists in obtaining nanocrystalline powders of mixed REE oxides and a metal of subgroup IVB with an increase in the density of ceramic tablets obtained on their basis, to 7.5 g / cm 3 and above, is achieved by the fact that in the known method, comprising manufacturing a mixed hydroxide by coprecipitation of salts, filtration and washing of the precipitate obtained, drying followed by calcination to obtain a mixed oxide, grinding, pressing and annealing of the obtained compacts, the calcination stage of the mixed hydroxide is carried out in the temperature range of 800-1200 ° C, and the grinding of powders of mixed oxides is carried out by mechanical activation in a planetary mill for 18-36 minutes In a particular case, it is proposed to use dysprosium as REE, and titanium, zirconium, hafnium as metals of subgroup IVB.

Использование прокаливания рентгеноаморфного смешанного гидроксида РЗЭ и металла подгруппы IVB в интервале температур 800-1200°C приводит к образованию нанокристаллических порошков Ln2+xM2-xO7-x/2. Использование температуры менее 800°C приводит к сохранению рентгеноаморфного состояния порошка, который содержит значительное количество остаточной структурно-связанной воды (в виде гидроксильных групп). Использование температуры более 1200°C приводит к получению крупнокристаллических порошков смешанных оксидов РЗЭ и металла подгруппы IVB с размером кристаллитов более 100 нм.The use of calcination of an X-ray amorphous mixed REE hydroxide and a metal of the IVB subgroup in the temperature range 800-1200 ° C leads to the formation of nanocrystalline powders Ln 2 + x M 2-x O 7-x / 2 . Using a temperature of less than 800 ° C leads to the preservation of the X-ray amorphous state of the powder, which contains a significant amount of residual structurally bound water (in the form of hydroxyl groups). Using a temperature of more than 1200 ° C leads to the production of coarse-grained powders of mixed REE oxides and a metal of subgroup IVB with a crystallite size of more than 100 nm.

Использование механоактивации порошков в планетарной мельнице приводит не только к размолу агрегатов и уменьшению их размера, но также к уменьшению размера кристаллитов и росту микронапряжений кристаллической решетки и, соответственно, к существенному росту плотности получаемых керамических таблеток после их прессования и отжига. Используется механоактивация в планетарной мельнице (центробежное ускорение мелющих тел порядка 1000 м2/с) в течение 18-36 мин. Применение механоактивации в течение менее 18 мин не позволяет повысить плотность таблеток до 7,5 г/см3 и выше. Воздействие более 36 мин практически не приводит к увеличению плотности таблеток по сравнению с образцами, полученными при меньших временах.The use of mechanical activation of powders in a planetary mill leads not only to the grinding of aggregates and a decrease in their size, but also to a decrease in the size of crystallites and an increase in the microstresses of the crystal lattice and, accordingly, to a significant increase in the density of the obtained ceramic tablets after pressing and annealing. Used mechanical activation in a planetary mill (centrifugal acceleration of grinding media of the order of 1000 m 2 / s) for 18-36 minutes The use of mechanical activation for less than 18 minutes does not allow to increase the density of tablets to 7.5 g / cm 3 and above. Exposure for more than 36 minutes practically does not lead to an increase in tablet density compared with samples obtained at shorter times.

Данный способ получения был реализован с использованием высокотемпературной печи «Nabertherm НТ 08/18» и планетарной мельницы «Pulverisette 7 premium line. В качестве исходных веществ были использованы: тетрабутоксититан Ti(OC4H9)4, оксихлориды циркония ZrOCl2·8H2O и гафния HfOCl2·8H2O, нитрат диспрозия Dy(NO3)3·5H2O, 25% водный раствор аммиака NH4OH, дистиллированная вода.This production method was implemented using a high-temperature furnace “Nabertherm NT 08/18” and a planetary mill “Pulverisette 7 premium line. The starting materials used were: tetrabutoxy titanium Ti (OC 4 H 9 ) 4 , zirconium oxychlorides ZrOCl 2 · 8H 2 O and hafnium HfOCl 2 · 8H 2 O, dysprosium nitrate Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O, 25% aqueous ammonia solution NH 4 OH, distilled water.

Пример 1. 20,9 г Dy(NO3)3·5H2O растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц. 27 мл 25% NH4OH доводили до 200 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании в раствор аммиака дозировали полученный раствор Dy(NO3)3 и 8,1 г Ti(OC4H9)4, получая вязкую суспензию белого цвета с pH 10,42. Полученную суспензию фильтровали и далее осадок смешанного гидроксида диспрозия и титана промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок сушили при температуре 90°C в течение 12 ч. Высушенный порошок прокаливали в муфельной печи на воздухе при 800°C в течение 3 ч. Полученный порошок представлял собой однофазный нанокристаллический порошок Dy2TiO5 с размером кристаллитов 20 нм, имеющего ГЦК структуру.Example 1. 20.9 g of Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O was dissolved in 200 ml of distilled water. The resulting solution was filtered to remove insoluble suspended particles. 27 ml of 25% NH 4 OH was adjusted to 200 ml with distilled water. With vigorous stirring, the resulting solution of Dy (NO 3 ) 3 and 8.1 g of Ti (OC 4 H 9 ) 4 were metered into an ammonia solution to obtain a viscous white suspension with a pH of 10.42. The resulting suspension was filtered and then the precipitate of mixed dysprosium hydroxide and titanium was washed with distilled water until there were no soluble anions in the washings. The washed precipitate was dried at a temperature of 90 ° C for 12 hours. The dried powder was calcined in a muffle furnace in air at 800 ° C for 3 hours. The obtained powder was a single-phase nanocrystalline powder Dy 2 TiO 5 with a crystallite size of 20 nm having an fcc structure .

Порошок Dy2TiO5 механоактивировали в течение 24 мин и далее прессовали (при давлении 180 МПа) в таблетку диаметром 12,1 мм и высотой 15,5 мм, имеющую плотность 4,28 г/см3. Таблетку прокаливали при температуре 1550°C в течение 4 ч. Полученная после прокаливания таблетка была светло-кремового цвета, однородной, без трещин, имела диаметр 10,0 мм, высоту 13,6 мм и плотность 7,50 г/см3. Рентгенографический анализ показал, что таблетка состояла из однофазного нанокристаллического Dy2TiO5.Dy 2 TiO 5 powder was mechanically activated for 24 min and then pressed (at a pressure of 180 MPa) into a tablet with a diameter of 12.1 mm and a height of 15.5 mm, having a density of 4.28 g / cm 3 . The tablet was calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 hours. The tablet obtained after calcination was light cream in color, uniform, without cracks, had a diameter of 10.0 mm, a height of 13.6 mm and a density of 7.50 g / cm 3 . X-ray analysis showed that the tablet consisted of single-phase nanocrystalline Dy 2 TiO 5 .

Пример 2. 21,7 г Dy(NO3)3·5H2O и 16,0 г ZrOCl2·8H2O растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц. 36 мл 25% NH4OH доводили до 200 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании раствор смеси солей Gd и Zr дозировали в раствор аммиака, получая вязкую суспензию белого цвета с pH 10,08. Полученную суспензию фильтровали и далее осадок смешанного гидроксида диспрозия и циркония промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок сушили при температуре 90°C в течение 12 ч. Высушенный порошок прокаливали в муфельной печи на воздухе при 800°C в течение 3 ч. Полученный порошок представлял собой однофазный нанокристаллический порошок Dy2Zr2O7 (размер кристаллитов 11 нм), имеющий ГЦК структуру флюорита.Example 2. 21.7 g of Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O and 16.0 g of ZrOCl 2 · 8H 2 O were dissolved in 200 ml of distilled water. The resulting solution was filtered to remove insoluble suspended particles. 36 ml of 25% NH 4 OH was adjusted to 200 ml with distilled water. With vigorous stirring, a solution of a mixture of salts of Gd and Zr was dosed into an ammonia solution, obtaining a viscous white suspension with a pH of 10.08. The resulting suspension was filtered and then the precipitate of the mixed dysprosium and zirconium hydroxide was washed with distilled water until there were no soluble anions in the washings. The washed precipitate was dried at a temperature of 90 ° C for 12 hours. The dried powder was calcined in a muffle furnace in air at 800 ° C for 3 hours. The obtained powder was a single-phase nanocrystalline powder Dy 2 Zr 2 O 7 (crystallite size 11 nm), having an fcc structure of fluorite.

Порошок Dy2Zr2O7 механоактивировали в течение 18 мин и далее прессовали (при давлении 180 МПа) в таблетку диаметром 12,1 мм и высотой 15,5 мм, имеющую плотность 4,68 г/см3. Таблетку прокаливали при температуре 1550°C в течение 4 ч. Полученная после прокаливания таблетка была светло-кремового цвета, однородной, без трещин, имела диаметр 10,0 мм, высоту 13,6 мм и плотность 7,70 г/см3.Dy 2 Zr 2 O 7 powder was mechanically activated for 18 min and then pressed (at a pressure of 180 MPa) into a tablet with a diameter of 12.1 mm and a height of 15.5 mm, having a density of 4.68 g / cm 3 . The tablet was calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 hours. The obtained tablet after calcination was light cream in color, uniform, without cracks, had a diameter of 10.0 mm, a height of 13.6 mm and a density of 7.70 g / cm 3 .

Рентгенографический анализ показал, что таблетка состояла из однофазного нанокристаллического Dy2Zr2O7 (размер кристаллитов 100 нм), имеющего ГЦК структуру.X-ray diffraction analysis showed that the tablet consisted of a single-phase nanocrystalline Dy 2 Zr 2 O 7 (crystallite size 100 nm) having an fcc structure.

Пример 3. 21,8 г Dy(NO3)3·5H2O и 10,3 г HfOCl2·8H2O растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц. 35 мл 25% NH4OH доводили до 150 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании раствор смеси солей Dy и Hf дозировали в раствор аммиака, получая вязкую суспензию белого цвета с pH 10,36. Полученную суспензию фильтровали и далее осадок смешанного гидроксида диспрозия и гафния промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок сушили при температуре 90°C в течение 12 ч. Высушенный порошок прокаливали в муфельной печи на воздухе при 800°C в течение 3 ч. Полученный порошок представлял собой однофазный нанокристаллический порошок Dy2HfO5 (размер кристаллитов 8 нм), имеющий ГЦК структуру флюорита.Example 3. 21.8 g of Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O and 10.3 g of HfOCl 2 · 8H 2 O were dissolved in 200 ml of distilled water. The resulting solution was filtered to remove insoluble suspended particles. 35 ml of 25% NH 4 OH was adjusted to 150 ml with distilled water. With vigorous stirring, a solution of a mixture of salts of Dy and Hf was dosed into an ammonia solution to obtain a viscous white suspension with a pH of 10.36. The resulting suspension was filtered and then the precipitate of mixed dysprosium and hafnium hydroxide was washed with distilled water until there were no soluble anions in the washings. The washed precipitate was dried at a temperature of 90 ° C for 12 hours. The dried powder was calcined in a muffle furnace in air at 800 ° C for 3 hours. The obtained powder was a single-phase nanocrystalline powder Dy 2 HfO 5 (crystallite size 8 nm) having fcc fluorite structure.

Порошок Dy2HfO5 механоактивировали в течение 33 мин и далее прессовали (при давлении 180 МПа) в таблетку диаметром 12,1 мм и высотой 12,0 мм, имеющую плотность 4,71 г/см3. Таблетку прокаливали при температуре 1550°C в течение 4 ч. Полученная после прокаливания таблетка была светло-кремового цвета, однородной, без трещин, имела диаметр 9,6 мм, высоту 9,4 мм и плотность 8,00 г/см3. Рентгенографический анализ показал, что таблетка состояла из однофазного нанокристаллического Dy2HfO5 (размер кристаллитов 85 нм), имеющего ГЦК структуру.Dy 2 HfO 5 powder was mechanically activated for 33 min and then pressed (at a pressure of 180 MPa) into a tablet with a diameter of 12.1 mm and a height of 12.0 mm, having a density of 4.71 g / cm 3 . The tablet was calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 hours. The tablet obtained after calcination was light cream in color, uniform, without cracks, had a diameter of 9.6 mm, a height of 9.4 mm and a density of 8.00 g / cm 3 . X-ray diffraction analysis showed that the tablet consisted of a single-phase nanocrystalline Dy 2 HfO 5 (crystallite size 85 nm) having an fcc structure.

Пример 4. Нанокристаллический порошок Dy2HfO5 (размер кристаллитов 8 нм), полученный в примере 3, прессовали (при давлении 180 МПа) без предварительной механоактивации. Исходная таблетка имела диаметр 12,2 мм, высоту 11,6 мм и плотность 5,10 г/см3. Как и в случае примера 1 таблетку прокаливали при температуре 1550°C в течение 4 ч.Example 4. Nanocrystalline powder Dy 2 HfO 5 (crystallite size 8 nm) obtained in example 3, was pressed (at a pressure of 180 MPa) without preliminary mechanical activation. The original tablet had a diameter of 12.2 mm, a height of 11.6 mm and a density of 5.10 g / cm 3 . As in the case of example 1, the tablet was calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 hours

Полученная после прокаливания таблетка была светло-кремового цвета, однородной, без трещин, имела диаметр 11,1 мм, высоту 10,5 мм и плотность 6,57 г/см3. Рентгенографический анализ показал, что таблетка состояла из однофазного нанокристаллического Dy2HfO5 (размер кристаллитов 113 нм), имеющего ГЦК структуру.The tablet obtained after calcination was light cream in color, uniform, without cracks, had a diameter of 11.1 mm, a height of 10.5 mm and a density of 6.57 g / cm 3 . X-ray diffraction analysis showed that the tablet consisted of a single-phase nanocrystalline Dy 2 HfO 5 (crystallite size 113 nm) having an fcc structure.

Примеры 5-10. Высушенный порошок смешанного гидроксида диспрозия и гафния, полученного в примере 1, прокаливали в муфельной печи на воздухе при различных температурах в течение 3 ч. Полученные при температуре 800-1600°C порошки представляли собой однофазный порошок Dy2HfO5, имеющий ГЦК структуру флюорита, с размером кристаллитов, зависящим от температуры обработки (табл.1). Из табл.1 видно, что увеличение температуры прокаливания более 1200°C приводит к резкому росту размера кристаллитов и получению крупнокристаллических порошков Dy2HfO5.Examples 5-10. The dried powder of the mixed dysprosium and hafnium hydroxide obtained in Example 1 was calcined in a muffle furnace in air at various temperatures for 3 hours. The powders obtained at a temperature of 800-1600 ° C were a single-phase powder Dy 2 HfO 5 having a fcc fluorite structure, with crystallite size depending on the processing temperature (Table 1). From table 1 it is seen that an increase in the calcination temperature of more than 1200 ° C leads to a sharp increase in crystallite size and the production of coarse-grained Dy 2 HfO 5 powders.

Примеры 11-13. Нанокристаллический порошок Dy2HfO5 (размер кристаллитов 8 нм), полученный в примере №3, механоактивировали в течение различного времени и далее прессовали (при давлении 180 МПа) в таблетки, которые прокаливали при температуре 1550°C в течение 4 ч. Полученные после прокаливания таблетки были светло-кремового цвета, однородные, без трещин и имели различную плотность (табл.2). Рентгенографический анализ показал, что таблетки состояли из однофазного Dy2HfO5, имеющего ГЦК структуру.Examples 11-13. The nanocrystalline powder Dy 2 HfO 5 (crystallite size 8 nm) obtained in Example No. 3 was mechanically activated for various times and then pressed (at a pressure of 180 MPa) into tablets, which were calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 h. Obtained after The calcinations of the tablets were light cream in color, uniform, without cracks and had different densities (Table 2). X-ray diffraction analysis showed that the tablets consisted of single-phase Dy 2 HfO 5 having an fcc structure.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что прокаливание смешанного гидроксида, полученного методом соосаждения солей диспрозия и гафния, в температурном интервале 800-1200°C позволяет получать однофазные нанокристаллические порошки оксидов РЗЭ и металла подгруппы IVB, механоактивация которых в течение 18-36 мин перед прессованием и последующим отжигом компактов позволяет существенно повысить плотность получаемых таблеток.Thus, the above examples show that calcination of a mixed hydroxide obtained by coprecipitation of dysprosium and hafnium salts in the temperature range of 800-1200 ° C makes it possible to obtain single-phase nanocrystalline powders of REE oxides and metal of subgroup IVB, whose mechanical activation is performed for 18-36 min before pressing and subsequent annealing of compacts can significantly increase the density of the resulting tablets.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY

1. Risovany V.D., Zakharov A.V., Muraleva E.M., et al. Dysprosium hafnate as absorbing material for control rods // J. Nucl. Mater., 2006, v.355, №1, p.163-170.1. Risovany V.D., Zakharov A.V., Muraleva E.M., et al. Dysprosium hafnate as absorbing material for control rods // J. Nucl. Mater., 2006, v. 355, No. 1, p. 163-170.

2. Xu Q., Pan W., Wang J., et al. Rare-earth zirconate ceramics with fluorite structure for thermal barrier coatings // J. Amer. Ceram. Soc, 2006, v.89, №1, p.340-342.2. Xu Q., Pan W., Wang J., et al. Rare-earth zirconate ceramics with fluorite structure for thermal barrier coatings // J. Amer. Ceram. Soc, 2006, v. 89, No. 1, p. 340-342.

3. Abrantes J.C.C., Levchenko A.V, Shlyakhtina A.V., et al. Ionic and electronic conductivity of Yb2+xTi2-xO7-x/2 materials // Solid State Ionics, 2007, v.177, №19-25, p.1785-1788.3. Abrantes JCC, Levchenko AV, Shlyakhtina AV, et al. Ionic and electronic conductivity of Yb 2 + x Ti 2-x O 7-x / 2 materials // Solid State Ionics, 2007, v. 177, No. 19-25, p. 1785-1788.

4. Патент США №4992225, кл. F27B 9/04, 1991.4. US Patent No. 4992225, cl. F27B 9/04, 1991.

5. Патент РФ №2124240, кл. G21C 7/24, 1998.5. RF patent №2124240, cl. G21C 7/24, 1998.

6. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: Академкнига, 2006, 309 с.6. Shabanova N.A., Popov V.V., Sarkisov P.D. Chemistry and technology of nanosized oxides. M .: Academic book, 2006, 309 p.

7. Wu J., Wei X., Padture N.P., et al. Low-thermal-conductivity rare-earth zirconates for potential thermal-barrier-coating applications // J. Amer. Ceram. Soc, 2002, v.85, №12, p.3031-3035.7. Wu J., Wei X., Padture N.P., et al. Low-thermal-conductivity rare-earth zirconates for potential thermal-barrier-coating applications // J. Amer. Ceram. Soc, 2002, v. 85, No. 12, p. 3031-3035.

Таблица 1Table 1 № примераExample No. Температура прокаливания, °CCalcination temperature, ° C Размер кристаллитов, нмThe crystallite size, nm Параметры решетки, ÅLattice parameters, Å Микронапряжения, %Microstress,% 55 400400 аморфныйamorphous -- -- 66 600600 аморфныйamorphous -- -- 33 800800 88 5,258(2)5,258 (2) 1,61,6 77 10001000 18eighteen 5,2570(6)5.2570 (6) 0,60.6 88 12001200 6262 5,2602(2)5.2602 (2) 0,30.3 99 14001400 270270 5,2604(1)5.2604 (1) 0,10.1 1010 16001600 330330 5,2622(1)5.2622 (1) <0,1<0.1

Таблица 2table 2 № примераExample No. 11eleven 1212 1313 Время механоактивации, минMechanical activation time, min 15fifteen 3636 4848 Плотность таблеток, г/см3 The density of the tablets, g / cm 3 7,307.30 7,967.96 7,977.97

Claims (3)

1. Способ получения нанокристаллических порошков и керамических материалов на основе смешанных оксидов редкоземельных элементов и металлов подгруппы IVB, включающий изготовление смешанного гидроксида путем соосаждения солей, фильтрацию и промывку полученного осадка, сушку с последующим прокаливанием до получения смешанного оксида, его размол, прессование и отжиг полученных, компактов, отличающийся тем, что стадию прокаливания смешанного гидроксида проводят в температурном интервале 800-1200°С, а размол порошков смешанных оксидов осуществляют путем механоактивации в планетарной мельнице в течение 18-36 мин.1. A method of producing nanocrystalline powders and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and metals of subgroup IVB, including the manufacture of a mixed hydroxide by coprecipitation of salts, filtering and washing the obtained precipitate, drying, followed by calcination to obtain a mixed oxide, grinding, pressing and annealing of the obtained , compacts, characterized in that the stage of calcination of the mixed hydroxide is carried out in a temperature range of 800-1200 ° C, and the grinding of powders of mixed oxides is carried out pour by mechanical activation in a planetary mill for 18-36 minutes. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве редкоземельного элемента используют диспрозий.2. The method according to claim 1, characterized in that dysprosium is used as a rare-earth element. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлов подгруппы IVB используются титан, цирконий или гафний. 3. The method according to claim 1, characterized in that titanium, zirconium or hafnium are used as metals of subgroup IVB.
RU2011120045/03A 2011-05-19 2011-05-19 Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals RU2467983C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120045/03A RU2467983C1 (en) 2011-05-19 2011-05-19 Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120045/03A RU2467983C1 (en) 2011-05-19 2011-05-19 Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2467983C1 true RU2467983C1 (en) 2012-11-27

Family

ID=49254854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011120045/03A RU2467983C1 (en) 2011-05-19 2011-05-19 Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2467983C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565712C2 (en) * 2014-02-07 2015-10-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials
RU2656497C1 (en) * 2017-03-28 2018-06-05 Федеральное Государственное бюджетное учреждение "27 Научный центр" Министерства обороны Российской Федерации Method of obtaining lead titanate
CN116514541A (en) * 2023-05-09 2023-08-01 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司 Preparation method of composite ceramic absorber material and application of material

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2134670C1 (en) * 1997-11-06 1999-08-20 Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Method of manufacturing dense ceramics for hard electrolyte
US20060120951A1 (en) * 2003-04-30 2006-06-08 Magnesium Elektron Ltd. Process for preparing zirconium oxides and zirconium-based mixed oxides
EP2223905A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-01 Treibacher Industrie AG Novel zirconia ceria compositions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2134670C1 (en) * 1997-11-06 1999-08-20 Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Method of manufacturing dense ceramics for hard electrolyte
US20060120951A1 (en) * 2003-04-30 2006-06-08 Magnesium Elektron Ltd. Process for preparing zirconium oxides and zirconium-based mixed oxides
EP2223905A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-01 Treibacher Industrie AG Novel zirconia ceria compositions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WU J., WEI X., PADTURE N.P. et al. Low-thermal-conductivity rare-earth zirconates for potential thermal-barrier-coating applications // J. Amer. Ceram. Soc, 2002, v.85, N12, p.3031-3035. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565712C2 (en) * 2014-02-07 2015-10-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials
RU2656497C1 (en) * 2017-03-28 2018-06-05 Федеральное Государственное бюджетное учреждение "27 Научный центр" Министерства обороны Российской Федерации Method of obtaining lead titanate
CN116514541A (en) * 2023-05-09 2023-08-01 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司 Preparation method of composite ceramic absorber material and application of material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3963962B2 (en) Method for synthesizing crystalline ceramic powder of perovskite compound
CN102369161B (en) Method for producing alkali metal niobate particles, and alkali metal niobate particles
JP2007290887A (en) Bismuth titanate-based nanoparticle, piezoelectric ceramic using the same, and methods for producing them
RU2467983C1 (en) Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals
KR102206930B1 (en) Zinc oxide powder for manufacturing zinc oxide sintered body with high strength and low thermal conductivity
CN103449520B (en) Rod-like niobium pentoxide template grain and preparation method thereof
JP4162599B2 (en) Cerium-based composite oxide, its sintered body and production method
CN104446445B (en) Preparation method of monodisperse nano-powdery barium titanate
Garanin et al. Laser ceramic. 1. Production methods
CN108358635A (en) A kind of preparation method of magneto-optic holimium oxide crystalline ceramics
CN108046794A (en) The method that metatitanic acid yttrium crystalline ceramics is prepared using Co deposited synthesis powder
JPH0346407B2 (en)
CN115142115B (en) Powder coprecipitation preparation method special for magnesia-alumina spinel large single crystal
RU2600636C2 (en) Method of producing nanocrystalline powder of zirconium dioxide
CN113912391B (en) Preparation method of spinel-structured zinc titanate nano powder, composition for curing radioactive waste and method for curing lanthanum oxide by using composition
JP7533032B2 (en) Method for producing cerium-based composite oxide particles
GB2534069A (en) Method for producing barium titanate powder
CN104310992B (en) Molten-salt growth method synthesis La 2o 3-MgO-TiO 2be dielectric ceramic sintering powder and sintering method thereof
CN104528824B (en) A kind of produce Zirconium powder and the method for ammonium salt and product simultaneously
RU2565712C2 (en) Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials
RU2808853C1 (en) PREPARATION OF NANOSTRUCTURED MATERIALS BASED ON BaZrO3
Osińska et al. Application of the sol-gel method at the fabrication of PLZT: Yb3+ ceramics
JPH0688788B2 (en) Method for producing low temperature sinterable PZT-based piezoelectric ceramic powder
JP4426173B2 (en) Ceramic having holland structure enclosing cesium suitable for packaging radioactive cesium and method for producing the same
RU2820108C1 (en) Method of producing weakly aggregated dispersed zirconium dioxide powder

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190520