Формирование и термическая устойчивость сложного алюмината Dy2SrAl2O7

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе исследованы условия и процессы формирования сложного алюмината Dy2SrAl2O7. Установлено, что твердофазный синтез Dy2SrAl2O7 протекает через образование алюмината стронция SrAl2O4. При температуре выше 1200 °C начинается активное взаимодействие промежуточного соединения SrAl2O4 с оксидом Dy2O3, связанное с переходом двумерной неавтономной фазы SrAl2O4 в жидкоподобное состояние. Впервые охарактеризована термическая устойчивость Dy2SrAl2O7 до температуры инконгруэнтного плавления при 1750 °С. Установлено, что при температуре 1300 °C фиксируется активное спекание Dy2SrAl2O7. Экспериментально в интервале 400–1300 °С определен коэффициент термического расширения Dy2SrAl2O7, составивший 8 ∙ 10–6 K–1. Показана смена типа диаграмм плавкости в ряду Ln2SrAl2O7, где La → Gd → Dy, Ho. Выявлено снижение температур плавления и величин КТР в ряду Ln2SrAl2O7 (Ln = La → Ho).

Об авторах

В. Ф. Попова

Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ – ИХС

Email: popova-ihs@mail.ru
Россия, 199034,Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

В. Л. Уголков

Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ – ИХС

Email: popova-ihs@mail.ru
Россия, 199034,С анкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Е. А. Тугова

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: katugova@mail.ioffe.ru
Россия, 194071, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26

Список литературы

  1. Lei Y., Lei L., Liu X.Q., Chen X.M. Structure evolution and enhanced microwave dielectric characteristics of (Sr1 – ​xCax)La2Al2O7 ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2014. V. 97. Is. 11. P. 3531–3536.
  2. He X., Weibing Ma W., Hong J., Ba R., Li J. Microwave dielectric properties of Sr3Ti2O7 ceramics with composite element doping of Nd & Al // Materials Chemistry and Physics. 2022. V. 282. P. 125961.
  3. Chahar S., Devi R., Dalal M., Bala M., Dalal J., Boora P., Taxak V.B., Lather R., Khatkar S.P. Color tunable nanocrystalline SrGd2Al2O7: Tb3+ phosphor for solid state lighting // Ceramics International. 2019. V. 45. Is. 1. P. 606–613.
  4. Yuan F., Liao W., Huang Y., Zhang L., Sun Sh., Wang Y., Lin Zh., Wang G., Zhan G.A. New 1µm laser crystal Nd: Gd2SrAl2O7: growth, thermal, spectral and lasing properties // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51 (12). P. 125307.
  5. Yuan J., Dong Sh., Jiang J., Deng L., Cao X. High-temperature corrosion behaviour of plasma sprayed Gd2SrAl2O7 coatings by V2O5 at 700–1200 °C // Corrosion Science. 2022. V. 197. P. 110032.
  6. Feng J., Xiao B., Zhou R., Pan W., Clarke D.R. Anisotropic elastic and thermal properties of the double perovskite slab–rock salt layer Ln2SrAl2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd or Dy) natural superlattice structure // Acta Materialia. 2012. V. 60. P. 3380–3392.
  7. Baskaran T., Arya S.B. Hot corrosion resistance of air plasma sprayed ceramic Sm2SrAl2O7 (SSA) thermal barrier coatings in simulated gas turbine environments // Ceramics International. 2018. V. 44. P. 17695–17708.
  8. James Joseph F., Arya S.B. Erosion behavior of Al2O3 + Sm2SrAl2O7 composite thermal barrier coatings // Materials Today: Proceedings. 2022. V. 66. P. 3853–3858.
  9. Ruddlesden S.N., Popper P. The compound Sr3Ti2O7 and its structure// Acta Crystallogr. 1958. V. 11. № 1. P. 54–55.
  10. Dias A., Viegas J.I., Moreira R.L. Synthesis and μ-Raman scattering of Ruddlesden-Popper ceramics Sr3Ti2O7, SrLa2Al2O7 and Sr2LaAlTiO7 // Journal of Alloys and Compounds. 2017. V. 725. P. 77–83.
  11. Feng J, Xiao B., Zhou R., Pan W. Electronic and magnetic properties of double perovskite slab-rocksalt layer rare earth strontium aluminates natural superlattice structure //J. Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 143907.
  12. Beznosikov B.V., Aleksandrov K.S. Perovskite-like crystals of the Ruddlesden-Popper series // Crystallogr. Rep. 2000. V. 45. P. 792–798.
  13. Fava J., Le Flem G. Les phases SrLa2Al2О7 et SrGd2Al2О7 // Mat. Res. Bull. 1975. V. 10. № l. P. 75–80.
  14. Fava J., Oudalov Y.P., Reau J.-M., Le Flem G., Hagenmuller P. Sur une nouvelle famille d’alluminates double de strontium ou d’europium divalent et de terres rares. // Compt. Rend. 1972. V. 274. № 22. P. 1837–1839.
  15. Zvereva I., Smirnov Yu., Gusarov V., Popova V., Choisnet J. Complex aluminates Re2SrAl2O7 (Re = La, Nd, Sm – ​Ho) cation ordering and stability of the double perovskite slab-rocksalt layer P2/RS intergrowth // Solid State Sciences. 2003. V. 5. P. 343–349.
  16. Зверева И.А., Попова В.Ф., Вагапов Д.А., Тойкка А.М., Гусаров В.В. Кинетика образования фаз Руддлесдена-Поппера. I. Механизм формирования La2SrAl2O7 // Журн. общей химии. 2001. Т. 71. № 8. С. 1254–1258. [Zvereva I.A., Popova V.F., Vagapov D.A., Toikka A.M., Gusarov V.V. Kinetics of Ruddlesden-Popper phase formation: I. Mechanism of La2SrAl2O7 formation // Russ. J. Gen. Chem. (Engl. transl.). 2001. V. 71. No. 8. P. 1181–1185].
  17. Зверева И.А., Попова В.Ф., Пылкина Н.С, Гусаров В.В. Кинетика образования фаз Руддлесдена-Поппера. II. Механизм формирования Nd2SrAl2O7 и Sm2SrAl2O7 // Журнал общей химии. 2003. Т. 73. № 1. С. 47–51. [Zvereva I.A., Popova V.F., Pylkina, N.S., Gusarov V.V. Kinetics of Ruddlesden-Popper phase formation: II. Mechanism of Nd2SrAl2O7 and Sm2SrAl2O7 formation. Russian Journal of General Chemistry. 2003. V. 73. P. 43–47].
  18. Зверева И.А., Попова В.Ф., Миссюль А.Б., Тойкка А.М., Гусаров В.В. Кинетика образования фаз Руддлесдена-Поппера. III. Механизм формирования Gd2SrAl2O7 // Журн. общей химии. 2003. Т. 73. Вып. 5. С. 724–728. [Zvereva I.A., Popova V.F., Missyul A.B., Toikka A.M., Gusarov V.V. Kinetics of Ruddlesden-Popper phase formation: III. Mechanism of Gd2SrAl2O7 formation // Russian Journal of General Chemistry. 2003. No 73(5). P. 684–688].
  19. Попова В.Ф., Тугова Е.А., Исаева А.С., Зверева И.А., Гусаров В.В. Фазовые равновесия в системе Ho2O3-SrAl2O4 // Физика и химия стекла. 2007. Т. 33. № 5. С. 686–690. [Popova V.F., Tugova E.A., Isaeva A.S., Zvereva I.A., Gusarov V.V. Phase equilibria in the Ho2O3-SrAl2O4 system // Glass Physics and Chemistry. 2007. Т. 33. № 5. С. 498–501].
  20. Попова В.Ф., Тугова Е.А. Термическая устойчивость сложных алюминатов в системе La2SrAl2O7-Ho2SrAl2O7 // ЖНХ. 2023. Т. 68. № 10. С. 1485–1490. [Popova V.F., Tugova E.A. Thermal stability of complex aluminates in the La2SrAl2O7-Ho2SrAl2O7 system // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. № 10. P. 1482–1486].
  21. Попова В.Ф., Тугова Е.А., Зверева И.А., Гусаров В.В. Фазовые равновесия в системе LaAlO3 – ​LaSrAlO4 // Физика и химия стекла. 2004. Т. 30. № 6. С. 766–770. [Popova V.F., Tugova E.A., Zvereva I.A., Gusarov V.V. Phase equilibria in the LaAlO3 – ​LaSrAlO4 system Glass Physics and Chemistry. 2004. Т. 30. № 6. С. 564–567].
  22. Зверева И.А., Попова В.Ф., Тугова Е.А., Пылкина Н.С., Гусаров В.В. Фазовые равновесия в системе Gd2O3 – ​SrAl2O4 // Физика и химия стекла. 2005. Т. 31. № 6. С. 1112–1116. [Zvereva I.A., Popova V.F., Tugova E.A., Pylkina N.S., Gusarov V.V. Phase equilibria in the Gd2O3-SrAl2O4 system // Glass Physics and Chemistry. 2005. V. 31. № 6. P. 808–811].
  23. Wan C., Sparks T.D., We P., Clarke D.R. Thermal conductivity of the Rare-Earth strontium aluminates // Journal of the American Ceramic Society. 2010. V. 93. Iss: 5. P. 1457–1460.
  24. Feng J., Wan Ch., Xiao B., Zhou R., Pan W., Clarke D.R. Calculation of the thermal conductivity of L2SrAl2O7 (L= La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy) // Phys. Rev. B. 2011. V. 84. P. 024302.
  25. Торопов Н.А., Келер Э.К., Леонов А.И. Высокотемпературный микроскоп // Вестник АН СССР. 1962. № 3. С. 46. [Toropov N.A., Koehler E.K., Leonov A.I. High temperature microscope // Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR. 1962. № 3. P. 46. In Russian.
  26. Bechta S.V., Krushinov E.V., Almjashev V.I., Vitol S.A., Mezentseva L.P., Petrov Yu.B., Lopukh D.B., Khabensky V.B., Barrachin M., Hellmann S., Froment K., Fischer M., Tromm W., Bottomley D., Defoort F., Gusarov V.V. Phase diagram of the UO2–FeO1+x system // J. Nucl. Mater. 2007. V. 362. № 1. P. 46–52.
  27. Arvanitidis I., Sichen Du, Seetharaman S., Sohn H.Y. The intrinsic thermal decomposition kinetics of SrCO3 by a nonisothermal technique // Metallurgical and Materials Transactions. B. 1997. V. 28 (6). P. 1063–1068.
  28. Zhang Y., Jung I.H. Critical evaluation of thermodynamic properties of rare earth sesquioxides (RE = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc and Y// Calphad. 2017. V. 58. P. 169–203.
  29. Warshaw I., Roy R. Polymorphism of the rare earth sesquioxides // J. Phys. Chem. 1961. V. 65 (11). P. 2048–2051.
  30. Rojas-Hernandez R.E., Rubio-Marcos F., Serrano A., Rakhmatullin A., Bessada C., Fernandez J.F. Unveiling the role of the hexagonal polymorph on SrAl2O4-based phosphors // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 28918.
  31. Бондарь И.А., Ширвинская А.К., Попова В.Ф., Мочалов И.В., Иванов А.О. Термическая устойчивость ортоалюминатов редкоземельных элементов иттриевой подгруппы // Доклады Академии наук СССР. 1979. Т. 246. № 5. С. 1132–1136. [Bondar I.A., Shirvinskaya A.K., Popova V.F., Mochalov I.V., Ivanov A.O. Thermal stability of orthoaluminates of rare earth elements of the yttrium subgroup // Reports of the Academy of Sciences of the USSR. 1979. V. 246. No. 5. P. 1132–1136. In Russian].
  32. Зверева И.А., Смирнов Ю.А., Шуане Ж. Распределение катионов и межатомные взаимодействия в оксидах с гетеровалентным изоморфизмом. VIII.* Высокотемпературное исследование структуры оксида Gd2SrAl2O7 // ЖОХ. 2004. Т. 74. № 5. С. 717–720. [Zvereva I.A., Smirnov Y.E., Choisnet J. Cation Distribution and Interatomic Interactions in Oxides with Heterovalent Isomorphism: VIII. A High-temperature study of the structure of Gd2SrAl2O7 // Russian Journal of General Chemistry. 2004. V. 74. Is. 5. P. 655–658].
  33. Зверева И.А., Смирнов Ю.А., Палстра Т. Распределение катионов и межатомные взаимодействия в оксидах с гетеровалентным изоморфизмом. X. Исследование структуры оксида Ho2SrAl2O7 при 100, 298 и 600 К // ЖОХ. 2006. Т. 76 № 3. С. 353–358. [Zvereva I.A., Smirnov Yu.E., Palstra T. Cation Distribution and Interatomic Interactions in Oxides with Heterovalent Isomorphism: X. Structure of the Ho2SrAl2O7 Oxide at 100, 298, and 673 K // Russ. J. Gen. Chem. 2006. V. 76. N. 3. P. 335–339].
  34. Bubnova R.S., Filatov S.K. High-temperature borate crystal chemistry // Z. Kristallogr. 2013. V. 228. P. 395–428.
  35. Bubnova R.S., Filatov S.K. Strong anisotropic thermal expansion in borates // Phys. Stat. Sol. 2008. V. 245. P. 2469–2476.
  36. Bubnova R., Yukhno V., Krzhizhanovskaya M., Sizov G., Filatov S. Thermal Expansion of Alkaline-Earth Borates // Crystals. 2024. V. 14. Is. 7. P. 600–617.
  37. Тугова Е.А. Фазовые трансформации в системе Nd2SrAl2O7 –Nd2SrFe2O7 // ЖНХ. 2022. Т. 67. № 6. С. 809–816. [Tugova E.A. Phase Transformations in the Nd2SrAl2O7 –Nd2SrFe2O7 system // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2022. V. 67. № . 6. Р. 874–880].
  38. Удалов Ю.П., Сальмон P., Бондарь И.А. Система SrО–Nd2О3–Al2О3 // Журн. неорг. химии. 1976. Т. 21. № 2. С. 541–546. [Udalov Y., Salmon R., Bondar I.A. SrО–Nd2О3–Al2О3 system // Russ. J. Inorg. Chem. (Engl. Transl.). 1976. V. 21. P. 541–546].
  39. Зверева И.А., Скоробогатов Г.А. Синтетические перовскитоподобные слоистые оксиды: структура, синтез, свойства, применение. ВВМ, СПб. 2009. 224 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».