ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ ОКСИДА ИТТРИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ (ZrO₂)0,91−x(Sc₂O₃)0,09(Y₂O₃)х (x = 0÷0,02)


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-4-246-254

Полный текст:


Аннотация

Исследовано влияние на фазовый состав, структуру и электрофизические свойства полученных кристаллов введения в твердые растворы ZrO2 — 9 % (мол.) Sc2O3 дополнительного легирующего оксида Y2O3 в количестве 1 и 2 % (мол.). Показано, что совместная стабилизация 9 % (мол.) Sc2O3 и 2 % (мол.) Y2O3 твердых растворов на основе ZrO2 позволяет получить прозрачные однородные кристаллы с кубической структурой, которые обладают высокой фазовой устойчивостью. Установлено, что механическое измельчение таких кристаллов не изменило их фазовый состав, в порошках сохранилась исходная флюоритовая структура кристаллов. Выявлено, что все исследованные кристаллы обладали высокой микротвердостью и низкой трещиностойкостью. Увеличение концентрации Y2O3 в кристаллах обусловило уменьшение максимальных нагрузок на индентор, которые выдерживал образец без появления трещин. Показано, что удельная проводимость носит немонотонный характер в зависимости от концентрации Y2O3 в кристаллах. Увеличение в составе твердого электролита содержания Y2O3 до 2 % (мол.) уменьшило проводимость кристаллов во всем диапазоне температур, что связано со снижением подвижности носителей заряда из−за увеличения ионного радиуса стабилизирующего иона. 


Об авторах

Д. А. Агарков
ФГБУН Институт физики твердого тела Российской академии наук
Россия

Агарков Дмитрий Александрович — младший научный сотрудник 

ул. Академика Осипьяна д. 2, Черноголовка, Московская обл., 142432



М. А. Борик
Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН
Россия

Борик Михаил Александрович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник 

ул. Вавилова, д. 38, Москва, 119991



С. И. Бредихин
ФГБУН Институт физики твердого тела Российской академии наук
Россия

Бредихин Сергей Иванович — доктор физико-математических наук, зам. директора, заведующий лабораторией спектроскопии дефектных структур.

Академика Осипьяна д. 2, Черноголовка, Московская обл., 142432



В. Т. Бублик
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Бублик Владимир Тимофеевич — доктор физико-математических наук, профессор 

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



Л. Д. Исхакова
Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН; Научный центр волоконной оптики РАН
Россия

Исхакова Людмила Дмитриевна — кандидат химических наук, зав. аналитическим центром «Научный центр волоконной оптики РАН» 

ул. Вавилова, д. 38, Москва, 119991



А. В. Кулебякин
Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН
Россия

Кулебякин Алексей Владимирович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник 

ул. Вавилова, д. 38, Москва, 119991



И. Е. Курицына
ФГБУН Институт физики твердого тела Российской академии наук
Россия

Курицына Ирина Евгеньевна — младший научный сотрудник 

ул. Академика Осипьяна д. 2, Черноголовка, Московская обл., 142432



Е. Е. Ломонова
Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН
Россия

Ломонова Елена Евгеньевна — доктор технических наук, зав. лабораторией 

ул. Вавилова, д. 38, Москва, 119991



Ф. О. Милович
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Милович Филипп Олегович — инженер

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



В. А. Мызина
Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН
Россия

Мызина Валентина Алексеевна — научный сотрудник

ул. Вавилова, д. 38, Москва, 119991



С. В. Серяков
Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Серяков Сергей Вадимович— младший научный сотрудник Института общей физики РАН, аспирант МИСИС


Н. Ю. Табачкова
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Табачкова Наталия Юрьевна — кандидат физико-математических наук, доцент 

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



Список литературы

1. Badwal, S. P. S. Scandia−zirconia electrolytes for intermediate temperature solid oxide fuel cell operation / S. P. S. Badwal, F. T. Ciacchi, D. Milosevic // Solid State Ionics. − 2000. − V. 136–137. − P. 91—99. DOI: 10.1016/S0167−2738(00)00356-8

2. Kharton, V. V. Transport properties of solid oxide electrolyte ceramics: a brief review / V. V. Kharton, F. M. B. Marques, A. Atkinson // Solid State Ionics. − 2004. − V. 174, iss. 1–4. − P. 135—149. DOI: 10.1016/j.ssi.2004.06.015

3. Fergus, J. W. Electrolytes for solid oxide fuel cells / J. W. Fergus // J. Power Sources. − 2006. − V. 162, iss. 1. − P. 30—40. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2006.06.062

4. Yokokawa, H. Solid oxide electrolytes for high temperature fuel cells / H. Yokokawa, N. Sakai, T. Horita, K. Yamaji, M. E. Brito // Electrochemistry. − 2005. − V. 73, iss. 1. − P. 20—30.

5. Politova, T. I. Investigation of scandia−yttria−zirconia system as an electrolyte material for intermediate temperature fuel cells— influence of yttria content in system (Y2O3)x(Sc2O3)(11−x)(ZrO2)89 / T. I. Politova, J. T. S. Irvine // Solid State Ionics. − 2004. − V. 168, N 1–2. − P. 153—165. DOI: 10.1016/j.ssi.2004.02.007

6. Wakako, A. Fracture mechanism of scandia−doped zirconia / A. Wakako, D. Hanashiro, Y. Arai, J. Malzbender // Acta Materialia. − 2013. − V. 61, iss. 8. − P. 3082—3089. DOI: 10.1016/j.actamat. 2013.01.068

7. Fujimori, H. Structural changes of scandia−doped zirconia solid solutions: rietveld analysis and saman scattering / H. Fujimori, M. Yashima, M. Kakihana, M. Yoshimura // J. Amer. Ceram. Soc. − 1998. − V. 81, iss. 11. − P. 2285—2293. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1998. tb02710.x 8. Simoncic, P. Systematics of phase transition and mixing energetics in rare earth / P. Simoncic, A. Navrotsky // J. Amer. Ceram. Soc. − 2007. − V. 90, iss. 7. − P. 2143—2150. DOI: 10.1111/j.15512916.2007.01678.x

8. Spirin, A. Scandia−stabilized zirconia doped with yttria: Synthesis, properties, and ageing behavior / A. Spirin, V. Ivanov, A. Nikonov, A. Lipilin, S. Paranin, V. Khrustov, A. Spirina // Solid State Ionics. − 2012. − V. 225. − P. 448—452. DOI: 10.1016/j. ssi.2012.02.022

9. Tataryn, T. Twin structure of the ZrO2−Sc2O3 crystal / T. Tataryn, D. Savytskii, C. Paulmann, U. Bismayer // Crystal Ra diation Physics and Chemistry. − 2009. − V. 78, iss. 10. − P. 101—104. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2009.03.088

10. Shobit, O. Electrical conductivity of 10 mol% Sc2O3–1 mol% M2O3–ZrO2 ceramics / O. Shobit, W. B. Najib, W. Chen, N. Bonanos // J. Amer. Ceram. Soc. − 2012. − V. 95, iss. 6. − P. 1965—1972. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2012.05126.x

11. Agarkov, D. A. Analysis of interfacial processes at the SOFC electrodes by in−situ Raman spectroscopy / D. A. Agarkov, I. N. Burmistrov, F. M. Tsybrov, I. I. Tartakovskii, V .V. Kharton, S. I. Bredikhin, V. V. Kveder // ECST. − 2015. − V. 68, iss. 1. − P. 2093— 2103. DOI: 10.1149/06801.2093ecst

12. Yashima, M. Metastable−stable phase diagrams in the zirconia− containing systems utilized in solid−oxide fuel cell application / M. Yashima, M. Kakihana, M. Yoshimura // Solid State Ionics. − 1996. − V. 86–88, Pt 2. − P. 1131—1149. DOI: 10.1016/0167−2738(96)00386-4

13. Chiba, R. Ionic conductivity and morphology in Sc2O3 and Al2O3 doped ZrO2 films prepared by the sol−gel method / R. Chiba, F. Yoshimura, J. Yamaki, T. Ishii, T. Yonezawa, K. Endou // Solid State Ionics. − 1997. − V. 104, iss. 3–4. − P. 259—266. DOI: 10.1016/ S0167-2738(97)00423-2

14. Sheu, T.−S. Phase relationships in the ZrO2—Sc2O3 and ZrO2—In2O3 systems / T.−S. Sheu, J. Xu, T.−Y. Tien // J. Amer. Ceram. Soc. − 1993. − V. 76, iss. 8. − P. 2027—2032. DOI: 10.1111/j.11512916.1993.tb08328.x

15. Кузьминов, Ю. С. Тугоплавкие материалы из холодного тигля / Ю. С. Кузьминов, Е. Е. Ломонова, В. В. Осико. − М. : Наука, 2004. − 372 с.

16. Borik, M. A. Phase composition, structure and mechanical properties of PSZ (partially stabilized zirconia) crystals as a function of stabilizing impurity content / M. A. Borik, V. T. Bublik, A. V. Kulebyakin, E. E. Lomonova, F. O. Milovich, V. A. Myzina, V. V. Osiko, N. Y. Tabachkova // J. Alloys and Compounds. − 2014. − V. 586. − P. 231—235. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.01.126

17. Андриевская, Е. Р. Фазовые равновесия в системах оксидов гафния, циркония, иттрия с оксидами редкоземельных элементов / Е. Р. Андриевская. − К. : Наукова думка, 2010. − 472 с.

18. Fujimori, H. −cubic phase transition of scandia− doped zirconia solid solution: Calorimetry, X−ray diffraction, and Raman scattering / H. Fujimori, M. Yashima, M. Kakihana, M. Yoshimura // J. Appl. Phys. − 2002. − V. 91, iss. 10. − P. 6493—6498. DOI: 10.1063/1.1471576

19. Arachi, Y. Electrical conductivity of the ZrO − Ln2O3 (Ln=lanthanides) system / Y. Arachi, H. Sakai, O. Yamamoto, Y. Takeda, N. Imanishai // Solid State Ionics. − 1999. − V. 121, N 1–4. − P. 133—139. DOI: 10.1016/S0167-2738(98)00540-2


Дополнительные файлы

Для цитирования: Агарков Д.А., Борик М.А., Бредихин С.И., Бублик В.Т., Исхакова Л.Д., Кулебякин А.В., Курицына И.Е., Ломонова Е.Е., Милович Ф.О., Мызина В.А., Серяков С.В., Табачкова Н.Ю. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ ОКСИДА ИТТРИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ (ZrO₂)0,91−x(Sc₂O₃)0,09(Y₂O₃)х (x = 0÷0,02). Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015;18(4):246-254. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-4-246-254

For citation: Agarkov D.A., Borik M.A., Bredihin S.I., Bublik V.T., Iskhakova L.D., Kulebyakin A.V., Kuritsyna I.E., Lomonova E.E., Milovich F.O., Myzina V.А., Seryakov S.V., Tabachkova N.Y. INFLUENCE OF YTTRIA DOPANT ON THE STRUCTURE AND PROPERTIES of (ZrO₂)0,91−x(Sc₂O₃)0,09(Y₂O₃)х (x = 0÷0,02) crystals. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2015;18(4):246-254. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-4-246-254

Просмотров: 221

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)