Разработка новых материалов на основе фосфатов со структурой NaZr2(PO4)3 (NZP), устойчивых в условиях высоких температур, тепловых "стрессов" и радиации

• Автор: Волгутов, Валерий Юрьевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ФОСФАТЫ СЕМЕЙСТВА Ха2г2(Р04)3. СТРОЕНИЕ. ПОВЕДЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР И РАДИАЦИИ
1.1 Фосфаты со структурой Ха7т2(Р04)3 (N2?) - основа новых
полифункциональных материалов
1.2 Структура фосфата Ха2г2(Р04)3 (N2?)
1.3 Изоморфизм в соединениях - структурных аналогах фосфата №2г2(Р04)3..
1.4 Методы получения соединений со структурой Н2Р: порошков и керамик..
1.5 Поведение соединений со структурой ТЧ2Р в экстремальных условиях
1.5.1 Поведение при нагревании. Тепловое расширение
1.5.2 Поведение в радиационных полях. Радиационная устойчивость
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫ1АЯ ЧАСТЬ
2.1. Объекты исследования
2.2 Синтез ортофосфатов И2Р строения
2.2.1 Синтез порошков
2.2.2 Синтез керамик
2.3 Методы исследования и оборудование
2.3.1 Рентгеншрафические методы
2.3.2 Инфракрасная спектрометрия (ИКС)
2.3.3 Дифференциально-термический анализ
2.3.4 Электронная микроскопия
2.3.5 Атомно-силовая и оптическая микроскопия (АСМ)
2.3.6 Дилатометрический анализ
2.3.7 Оборудование и условия радиационных испытаний
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ, МИКРОСТРУКТУРА, КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОРОШКОВ И КЕРАМИК
3.1 Синтез, микроструктура, кристалохимическое описание порошков
3.1.1 Синтез и кристаллохимическое описание порошков

3.1.2 Микроструктурные исследования порошков
3.2 Синтез, микроструктура, кристалохимическое описание керамик
ГЛАВА 4. ТЕРМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ И ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ПОРОШКОВ И КЕРАМИК
4.1 Поведение при нагревании порошков
4.2 Поведение керамик при нагревании. Фосфат Сао^Ьго^ГгСРОйз
ГЛАВА 5. РАДИАЦИОННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ^Р КЕРАМИК
5.1 Облучение тяжелыми многозарядными ионами ксенона (132Хе24+)
5.2 Облучение электронами
5.3 Облучение нейтронами
ГЛАВА 6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
6.1 Кристаллохимические и микроструктурные особенности порошков и керамик И2Р строения
6.2 Реализация кристаллохимических принципов моделирования составов фосфатов с ожидаемой структурой и характеристиками теплового расширения
6.3 Оценка влияния природы радиационных воздействий на устойчивость
фосфатов со структурой Нагг2(Р04)
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Разработка материалов с необходимыми свойствами является важным разделом неорганической химии и способствует успеху в развитии современного материаловедения.
Большая группа соединений солевого характера с тетраэдрическими оксоанионами (фосфаты, силикаты, молибдаты и др.) представляет интерес в развитии наук о материалах с разными функциональными свойствами. Среди них, соединения, кристаллизующиеся в структурном типе №2г2(РС>4)з, К2Р (аналог минерала коснарита) и образующие большое семейство структурных аналогов благодаря включению в их состав различных 1- 5 зарядных катионов в различные (три типа) кристаллографические позиции.
Каркасное строение таких соединений обеспечивает им высокую термическую и радиационную устойчивость, а своеобразие организации структуры - расширение-сжатие вдоль разных кристаллографических направлений при нагревании. При изменении катионного и/или анионного составов становится возможным направленное изменение характеристик теплового расширения и создание материалов, практически нерасширяющихся при тепловых нагрузках и с близкой к нулю анизотропией теплового расширения.
Разработка научных основ “конструирования” таких материалов, их синтез и изучение в тепловых и радиационных полях является актуальной задачей для атомных и космических технологий, медицины, каталитической химии, полупроводникой и лазерной техники.
Настоящая диссертация посвящена разработке таких материалов на основе знаний об особенностях строения N2? соединений.
Цель работы: разработка новых материалов на основе сложных фосфатов циркония К2Р семейства, устойчивых при действии высоких температур, в т.ч. в условиях тепловых “стрессов”, и радиации.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:

помощью пирометра, сфокусированного на поверхности графитовой прессформы.
Твердость керамик измеряли на установке Оигашіп 5 Зігиегв при нагрузке Б = 20 Н.
Схематическое изображение установки электроимпульсного спекания представлено на рисунке 2.2.
Импульсный

Г рафитовая пресс-форма
Графитовый
спейсер
Вакуумная
камера
ІНІ— Порошок Пресс
Рисунок 2.2. Схематическое изображение установки для электроимпульсного
спекания
2.3 Методы исследования и оборудование
Совокупность физико-химических методов анализа, используемых в настоящей работе, позволили определить: фазовый состав и структурное подобие синтезированных соединений, степень их фазовой чистоты, провести идентификацию кристаллических фаз промежуточных и конечных продуктов реакций, определить кристаллографические параметры и характеристики теплового расширения соединений, выполнить уточнение структуры, исследовать морфологию поверхности порошков и керамик, определить их плотность и твердость.