Effect of Xerogel and Powder Synthesis Conditions on the Properties of Ceramics Based on t-ZrO2 in the ZrO2–СeO2–Al2O3 System

O. L. Belousova; Белоусова О. Л.; A. N. Parunova; Парунова А. Н.; N. Yu. Fedorenko; Федоренко Н. Ю.; V. L. Ugolkov; Уголков В. Л.; T. V. Khamova; Хамова Т. В.; O. A. Shilova; Шилова О. А.

doi:10.31857/S0132665123600449

Effect of Xerogel and Powder Synthesis Conditions on the Properties of Ceramics Based on t-ZrO2 in the ZrO2–СeO2–Al2O3 System

Authors: Belousova O.L.¹, Parunova A.N.¹^,2, Fedorenko N.Y.¹, Ugolkov V.L.¹, Khamova T.V.¹, Shilova O.A.¹^,2^,3
Affiliations:
1. Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of Sciences, 199034, St. Petersburg, Russia
2. St. Petersburg State Technological Institute (Technical University), 190013, St. Petersburg, Russia
3. St. Petersburg State Electrotechnical University “LETI, 197376, St. Petersburg, Russia
Issue: Vol 49, No 6 (2023)
Pages: 651-661
Section: Articles
URL: https://journal-vniispk.ru/0132-6651/article/view/231986
DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665123600449
EDN: https://elibrary.ru/ESKZOW
ID: 231986

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Xerogels and powders of a solid solution based on zirconium dioxide are synthesized by the method of coprecipitation of hydroxides from aqueous solutions of salts of zirconium nitrate ZrO(NO3)2⋅2H2O, aluminum Al(NO3)3⋅9H2O, and cerium Ce(NO3)3⋅9H2O with an aqueous 1 M solution of ammonia NH4OH. A dense ceramic with low porosity and water absorption is obtained. The effect of the ultrasonic treatment of the precipitate and mechanical treatment of the xerogel on the physicochemical properties of the obtained materials is evaluated.

Keywords

zirconium dioxide, coprecipitation, xerogels, nanopowders, X-ray diffraction analysis, coherent scattering regions, ultrasound, mechanical processing

About the authors

O. L. Belousova

Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of Sciences, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: olgabelousova80@gmail.com
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

A. N. Parunova

Email: olgabelousova80@gmail.com
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2; Россия, 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

N. Yu. Fedorenko

Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of Sciences, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: olgabelousova80@gmail.com
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

V. L. Ugolkov

Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of Sciences, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: ugolkov.52@mail.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

T. V. Khamova

Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of Sciences, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: olgabelousova80@gmail.com
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

O. A. Shilova

Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of Sciences, 199034, St. Petersburg, Russia; St. Petersburg State Technological Institute (Technical University), 190013, St. Petersburg, Russia; St. Petersburg State Electrotechnical University “LETI, 197376, St. Petersburg, Russia

Author for correspondence.
Email: olgabelousova80@gmail.com
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2; Россия, 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26; Россия, 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5,

References

Kubrin R., do Rosario J.J., Lee H.S., Mohanty S., Subrahmanyam R.P., Smirnova I. Vertical convective coassembly of refractory YSZ inverse opals from crystalline nanoparticle // ACS Applied Materials & Interfaces. 2013. V. 5. P. 13146–13152.
Кораблева Е.А., Майзик М. А., Харитонов Д.В. Керамические материалы и изделия на основе ZrO2 для различного применения в металлургической промышленности // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. Т. 9. № 2–2. С. 651–654.
Жигачев А.О., Головин Ю.И., Умрихин А.В. Мир материалов и технологий. Керамические материалы на основе диоксида циркония / А.О. Жигачев,; под общ. ред. Ю.И. Головина. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2018. 358 с.
Miura N., Jin H., Wama R., Nakakubo S., Elumalai P., Plashnitsa V. Novel solid-state manganese oxide-based reference electrode for YSZ-based oxygen sensors // Sensors and Actuators B: Chemical. 2011.V. 152. P. 261–266.
Буякова С.П., Хлусов И.А., Кульков С.Н. Пористая циркониевая керамика для эндопротезирования костной ткани // Физ. мезомех. 2004. Т. 7. № Спец 2. С. 127–130.
Inuzuka M., Nakamura S., Kishi S., Yoshida K., Hashimoto K., Toda Y. Effect of hydroxyapatite dopant to yttria stabilized zirconia ceramics for biomedical application // Phosphorus Research Bulletin. 2003. V. 16. P. 75–82.
Верещагин В.И., Хабас Т.А., Кулинич Е.А., Игнатов В.П. Керамические и стеклокристаллические материалы для медицины: учебник. Томск: Издательство ТПУ, 2008. 147 с.
Вольхин В.В., Жарныльская А.Л., Казаков Д.А., Леонтьева Г.В. Синтез и стабилизация наноразмерной тетрагональной модификации диоксида циркония в алюмооксидной матрице // Химия и химическая технология. 2010. Т. 53. № 7. С. 3–7.
Жигачев А.О., Лысков Н.В., Жигачева Д.В. Стабилизация кубической фазы Sc2O3–ZrO2 легированием оксидовами иттрия и иттербия // Сборник материалов “Новые материалы и перспективные технологии”. М.: НПП ИСИС, 2019. С. 3–7.
Рутман Д.С., Торопов Ю.С., Плинер С.Ю. Высокотемпературные материалы из диоксида циркония. М.: Металлургия, 1985. 136 с.
Pampuch R., Haberko K. In: Vincezini P. editor. Ceramic Powders. Elsevier Publ. Co.; 1983. P. 623–634.
Tsubakino H., Nozato R., Hamamoto M. Effect of alumina addition on the tetragonal-to-monoclinic phase transformation in zirconia – 3 mol. % yttria // J. Am. Ceram. Soc. 1991. № 74 (2). P. 440–443.
Li J.–F., Watanabe R. Fracture toughness of Al2O3–particle dispersed Y2O3–partially stabilized zirconia // J. Am. Ceram. Soc. 1995. № 78 (4). P. 1079–1082.
Ануфриев А.О., Буякова С.П., Промахов В.В. Влияние порообразующих добавок на структуру керамики на основе ZrO2 // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 25. Вып. 4. С. 194–198.
Веселов С.В., Стукачева Н.С., Кузьмин Р.И., Черкасова Н.Ю., Перепелкин М.Ю., Мызь А.Л. Структура и механические свойства керамических материалов системы Al2O3–ZrO2 // Научный вестник НГТУ. 2016. Т. 65. № 4. С. 207–217.
Макарова Е.Н. Изучение закономерностей физико-химических процессов получения керамики на основе нанопорошка диоксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия, церия и алюминия: Дисс. ... канд. хим. наук: 05.16.06. Пермь. 2016. 135 с.
Podzorova L.I., Il’icheva A.A., Mikhailina N.A. Effect of Preparation Conditions on the Phase Composition of ZrO2–Al2O3–CeO2 Powders // Neorg. Mater. 2002. № 12. P. 1455–1461.
Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость // Пер. с англ., 2-е изд. М.: Мир. 1984. 306 с.
Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. 632 с.
ГОСТ 473.4-81 Изделия химически стойкие и термостойкие керамические. Метод определения кажущейся плотности и кажущейся пористости. Взамен ГОСТ 473.4-72; введ. 1981-01-07. М.: Издательство стандартов, 1981. 2 с.
ГОСТ 21216-2014. Сырье глинистое. Методы испытаний. Взамен ГОСТ 21216.0-93; введ. 2015-07-01. М.: Стандартинформ, 2015. 40 с.
Yashima M., Mitsuhashi T., Takashina H. Tetragonal-Monoclinic Phase Transition Enthalpy and Temperature of ZrO2-CeO2 Solid Solutions // Journal of the American Ceramic Society. 1995. V. 78. № 8. P. 2225–2228.
Ульянова Т.М., Крутько Н.П., Витязь П.А., Титова Л.В., Медиченко С.В. Особенности формирования структуры тугоплавких соединений на основе ZrO2 // Доклады НАН Беларуси. 2004. Т. 48. 103.
Ульянова Т.М., Крутько Н.П., Титова Л.В., Медиченко С.В., Паэмурд Е.С. Структура и физико-химические свойства наноструктурных композиционных порошков на основе тугоплавких оксидов алюминия и циркония // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя хімічных навук. 2008. № 4. С. 106–115.