ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОДОПАНТОВ НА СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИТА ZrO2, СТАБИЛИЗИРОВАННОГО Sc2O3.
Аннотация
Работа посвящена исследованию влияния малого количества (1 мол.%) содопантов (Y, Ce, Gd, Er, La, Zn, Cu, Co, Mn) на такие свойства электролита ZrO2, стабилизированного Sc2O3 (ScSZ), как: структура, кинетика спекания, коэффициент теплового расширения (КТР), механических свойств, проводимость и старение.
Методы исследования: Наноразмерный порошок ZrO2, стабилизированный 10,5 мол.% Sc2O3 (10,5ScSZ) (=15.5 нм), полученный в ИЭФ УрО РАН методом лазерного испарения. Азотнокислые растворы Gd+3, Y+3, Er+3, Ce+3, La+3,Co+2, Cu+2, Mn+2 и Zn+2. Рентгенофазовый анализ образцов был выполнен на дифрактометре D8 DISCOVER. Кинетику спекания материалов и линейное расширение исследовали методом дилатометрии. Механические характеристики керамики исследовались методом индентирования на приборе Nanotest 600. Проводимость измеряли с помощью импедансметра Solartron 1260/1267.
Полученные результаты: Показано, что редкоземельные содопанты (Y, Ce, Gd, Er, и La), входя в состав твердого раствора ScSZ, приводят к стабилизации кубической фазы. При этом наблюдается увеличение микротвердости для всех легированных составов, за исключением ScSZ-La, характеризующегося низкой плотностью. Легирование 10,5ScSZ переходными металлами не привело к формированию однофазного твердого раствора, хотя каждый содопант по-своему повлиял на фазовый состав (соотношение ромбоэдрической и кубической фаз). Кроме того, ввиду ограниченной растворимости Mn, Cu, Co, Zn в решетке ZrO2, стабилизированного Sc2O3, часть содопантов должна сегрегироваться на границах зерен основного состава и, возможно, сформировать дополнительные фазы. По всей видимости, именно изменение природы межзеренных границ оказало основное влияние на микротвердость этих составов: легирование Cu и Mn незначительно снизило микротвердость, тогда как введение Co и Zn увеличило ее приблизительно в 2 раза.
Методы исследования: Наноразмерный порошок ZrO2, стабилизированный 10,5 мол.% Sc2O3 (10,5ScSZ) (=15.5 нм), полученный в ИЭФ УрО РАН методом лазерного испарения. Азотнокислые растворы Gd+3, Y+3, Er+3, Ce+3, La+3,Co+2, Cu+2, Mn+2 и Zn+2. Рентгенофазовый анализ образцов был выполнен на дифрактометре D8 DISCOVER. Кинетику спекания материалов и линейное расширение исследовали методом дилатометрии. Механические характеристики керамики исследовались методом индентирования на приборе Nanotest 600. Проводимость измеряли с помощью импедансметра Solartron 1260/1267.
Полученные результаты: Показано, что редкоземельные содопанты (Y, Ce, Gd, Er, и La), входя в состав твердого раствора ScSZ, приводят к стабилизации кубической фазы. При этом наблюдается увеличение микротвердости для всех легированных составов, за исключением ScSZ-La, характеризующегося низкой плотностью. Легирование 10,5ScSZ переходными металлами не привело к формированию однофазного твердого раствора, хотя каждый содопант по-своему повлиял на фазовый состав (соотношение ромбоэдрической и кубической фаз). Кроме того, ввиду ограниченной растворимости Mn, Cu, Co, Zn в решетке ZrO2, стабилизированного Sc2O3, часть содопантов должна сегрегироваться на границах зерен основного состава и, возможно, сформировать дополнительные фазы. По всей видимости, именно изменение природы межзеренных границ оказало основное влияние на микротвердость этих составов: легирование Cu и Mn незначительно снизило микротвердость, тогда как введение Co и Zn увеличило ее приблизительно в 2 раза.