DOI: https://doi.org/10.18524/2304-0947.2019.2(70).169235

ВЗАЄМОДІЯ ОКСИДІВ ЛАНТАНУ, ІТРІЮ ТА ІТЕРБІЮ ПРИ ТЕМПЕРАТУРІ 1100 ºС

O. V. Chudinovych

Анотація


Вперше досліджено фазові рівноваги в потрійній системі La2O3–Y2O3–Yb2O3 при температурі 1100 °С у всьому інтервалі концентрацій. Зразки різних складів отримані з розчинів азотнокислих солей випарюванням, сушкою і термообробкою при температурі 1100 ºC. За допомогою рентгенофазового аналізу встановлено, що в системі утворюються тверді розчини на основі різних кристалічних модифікацій вихідних компонентів та упорядкованої фази типу перовскиту. Кристалооптичні характеристики отриманих фаз визначали під поляризованими мікроскопами «МІН-8» і Leica. Показники заломлення вимірювали за допомогою імерсійних рідин (розчин триброміду арсену в метиленовому йодиді або сплавах сірки з селеном) з точністю 0,02. Визначено межі взаємної розчинності та концентраційні залежності параметрів решітки для всіх фаз. Ізотермічний переріз діаграми стану системи La2O3–Y2O3–Yb2O3 при 1100 °C характеризуються наявністю однієї трифазної (B + C + R), чотирьох однофазних (A-La2O3, B-La2O3, R, C-Y2O3 (Yb2O3)) і двофазних (A + B, B + R, C + R, B + C) областей. Утворення твердих розчинів відбувається за механізмом ізовалентного заміщення, а стійкість упорядкованих фаз і твердих розчинів визначається розмірним фактором: великі іони Nd3+ заміщують La3+, менші іони РЗЕ церієвого ряду Sm3+, Eu3+, Gd3+ заміщують Y3+ і La3+, тоді як іони РЗЕ ітрієвого ряду заміщують виключно Y3+. Упорядкована R-фаза в потрійній системі існує в більш широкому діапазоні концентрацій, ніж у подвійній системі.

Ключові слова


фазові рівноваги; оксид лантану; оксид ітрію; оксид ітербію

Повний текст:

PDF

Посилання


Wang S.F., Zhang J., Luo D.W., Gu F., Tang D.Y., Dong Z.L., Tan G.E., Que W.X., Zhang T.S., Li S., Kong L.B. Transparent ceramics: Processing, materials and applications. Prog. Solid State Chem., 2013, vol. 41, no 1-2, pp. 20–54. http://dx.doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2012.12.002.

Sanghera J., Bayya S., Villalobos G., Kim W., Frantz J., Shaw B., Sadowski B., Miklos R., Baker C., Hunt M., Aggarwal I., Kung F. Transparent ceramics for high–energy laser systems. Opt. Mater., 2011, vol. 33, pp. 511–518. http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2010.10.038

Boniecki M., Librant Z., Wajler A., Wesołowski W., Weglarz H. Fracture toughness, strength and creep of transparent ceramics at high temperature. Ceram. Int., 2012, vol. 38, no 6, pp. 4517–4524. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.02.028

Vydryk G.A, Solovyov T.V., Kharitonov F.YA. Prozrachnaya keramika [Transparent ceramics]. Moscow, Energy, 1980, 96 p. (in Russian)

Prasad N.S., Trivedi S., Susan K., Wang Ch.-Ch., Kim J.-S., Hommerich U., Shukla V., Sadangi R. Development of ceramic solid-state laser host materials. Proceedings of the SPIE. 2009, vol. 7193, ID. 71931X http://dx.doi.org/10.1117/12.813785

Chen S., Wu Y. New opportunities for transparent ceramics. Am. Ceram. Soc. Bull, 2013, vol. 92, no 2, pp. 32–37.

Chen Y., Lin X., Lin Y., Luo Z. Spectroscopic properties of Yb3+ ions in La2(WO4)3 crystal. Solid State Comm, 2004, vol. 132, no 8, pp. 533–538. http://dx.doi.org/10.1016/ j.ssc.2004.09.010

Gong X., Xiong F., Lin Y. Crystal growth and spectral properties of Pr3+:La2(WO4)3. Mater. Res. Bull., 2007, vol. 42, no 3, pp. 413–419. http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2006.07.013

Lakshminarasimhan N., Varadaraju U.V. Luminescent host lattices, LaInO3 and LaGaO3 reinvestigation of luminescence of d10 metal ions. Mater. Res. Bull., 2006, vol. 41, no 4, pp. 724–731. http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2005.10.010

Chudinovych O.V., Andryevskaya E.R., Bohatureva G.D., Spasenova L.N. Vzaimodeystvie oksidov lantana i itterbiya pri temperature 1500 °C. Modern problems of physical material, 2014, no 23, pp. 12–23 (in Russian).

Andryevskaya E.R., Kornienko O. A., Chudinovych O.V., Urbunovych V.S. Interaction oxides of lanthanum and ytterbiy at a temperature of 1600 ° C Annotated compilation of projects of the joint competition DFFDBRFFD, 2018, pp. 88-93 (in Ukrainian).

Hiroyuki A.I., T. Hyrosy, T. Katsumory, S. Syundzyu, S. Joses. Material dlya uplotneniya mejdu keramicheskimi izdeliyami, keramikoy i metallom. Application number 58– 41766 (Yap). 1981.

Yoshimura M., Rong X.–Zh. Various solid solutions in the systems Y2O3–R2O3 (R – La, Nd, and Sm) at high temperature. J. Mater. Sci. Lett., 1997, vol. 16, pp. 1961–1963. http://dx.doi.org/10.1023/A:1018559322304.

Andrievskaya E.R. Fazovy’e ravnovesiya v sistemah oksidov gafniya, cirkoniya i ittriya s oksidami redkozemel’ny’h e`lementov [Phase equilibria in systems hafnium oxide, zirconium and yttrium oxides of rare earth elements.] Kiev, Nuykova dymka, 2010, 470 p. (in Russian)

Andrievskaya E. R. Phase equilibria in the refractory oxide systems of zirconia, hafnia and yttria with rare–earth oxides. J. Eur. Ceram. Soc, 2008, vol. 28, no 12, pp. 2363–2388. http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.01.009

Coutures J, Rouanet A., Verges R., Foex M. Etude a haute temperature des systems formes par le sesquioxyde de lanthane et les sesquioxydes de lanthanides. I. Diagrammes de phases (1400 oC < T < T Liquide). J. Solid State Chem., 1976, vol. 17, no 1–2, pp. 172–182. http://dx.doi.org/10.1016/0022-4596(76)90218-8

Coutures J. Sibieude F., Foex M. Etude a haute température des systèmes formés par les sesquioxydes de lanthane avec les sesquioxydes de lanthanides. II. Influence de la trempe sur la nature des phases obtenues à la température ambiante. J. Solid State Chem., 1976, vol. 17, no 4, pp. 377–384. http://dx.doi.org/10.1016/S0022-4596(76)80006-0

Lopato L.M., B. S. Nyhmanov, A.V. Shevchenko, Z.A. Zaitseva Interaction with lanthanum oxide yttrium oxide. Izv. USSR Academy of Sciences. Ino. materials., 1986, vol. 22, no 5, pp. 771-774(in Russian).

Berndt V. Maier D., Keller C. New ABO3 interlanthanide perovskite compounds. J. Solid State Chem, 1975, vol.13, no 1–2, pp. 131–135. http://dx.doi.org/10.1016/0022-4596(75)90090-0

Mizuno M., Rouanet A., Yamada T., Noguchi T. Phase diagram of the system La2O3–Y2O3 at high temperatures. J. Ceram. Soc. Japan, 1976, vol. 84, no 7, pp. 342–347. http://dx.doi.org/10.2109/jcersj1950.84.971_342

Coutures J., Foex M. Etude a haute temperature du diagrama d’ equilibrie du systeme forme par le sesquioxyde d’yttrium. J. Solid State Chem, 1974, vol. 11, no 4, pp. 294–300.

George Wei, Emma T., Rhodes William H. Analytical microscopy study of phases and fracture in Y2O3–La2O3 alloys. J. Am. Ceram. Soc, 1988, vol. 71, no 10, pp. 820–825. http://dx.doi.org/10.1111/j.1151-2916.1988.tb07529.x

Rhodes W.H. Controlled transient solid second phase sintering of yttria. J. Am. Ceram. Soc, 1981, vol. 64, no1, pp. 13–17. http://dx.doi.org/10.1111/j.1151-2916.1981.tb09551.x

Muller–Buschbaum Hk., Teske Chr. L., Zur Kenntnis Kristallstruktur von LaYbO3. Z. Anorg. Allg. Chem., 1969, vol. 369, no 3-6, pp. 255–264. http://dx.doi.org/10.1002/zaac.19693690316

Muller–Buschbaum Hk. Untersuchung am System La2O3–Yb2O3. Z. Anorg. Allg. Chem. 1969, Vol. 369, no 3-6. pp. 249–254. http://dx.doi.org/10.1002/zaac.19693690315.

Foex M., Traverse J.P. Remarques sur les transformations cristallines presentees a haute temperature par les sesquioxydes de terres rares. Rev. Int. Hautes Temp. Refract., 1966, vol. 3, pp. 429-453.

Toropov S.A. State diagrams of refractory oxides. Leningrad, Nauka, 1987, pp. 822. (in Russian).

Coutures J., Sibieude F., Foex M. Etude a haute température des systèmes formés par les sesquioxydes de lanthane avec les sesquioxydes de lanthanides II. Influence de la trempe sur la nature des phases obtenues à la température ambiante. J. Solid State Chem., 1976, vol. 17, no 4, pp. 377–384. http://dx.doi.org/10.1016/S0022-4596(76)80006‑0

Shannon R.D. Revised effective ionic radii systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallogr. A., 1976, vol. 32, no 5, pp. 751-754.

Andryevskaya E.R., Zaitseva Z.A., Shevchenko A.V., Lopato L.M. Interaction evropyya oxide with yttrium oxide. Modern problems of physical material., 1995, no 23, pp. 126-132 (in Russian).


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Wang S.F., Zhang J., Luo D.W., Gu F., Tang D.Y., Dong Z.L., Tan G.E.B., Que W.X., Zhang T.S., Li S., Kong L.B.Transparent ceramics: Processing, materials and applications // Prog. Solid State Chem. – 2013. – Vol. 41, N 1-2. – P. 20–54. http://dx.doi.org/10.101/j.progsolidstchem.2012.12.002.

2. Sanghera J., Bayya S., Villalobos G., Kim W., Frantz J., Shaw B., Sadowski B., Miklos R., Baker C., Hunt M., Aggarwal I., Kung F. Transparent ceramics for high-energy laser systems // Opt. Mater. – 2011. – Vol. 33. – P. 511–518. http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2010.10.038.

3. Boniecki M., Librant Z., Wajler A., Wesołowski W., Weglarz H. Fracture toughness, strength and creep of transparent ceramics at high temperature // Ceram. Int. – 2012. – Vol. 38, N 6. – P. 4517–4524. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.02.028.

4. Выдрик Г.А., Соловьева Т.В, Харитонов Ф.Я. Прозрачная керамика. – М: Энергия, 1980. – 96 с.

5. Prasad N.S., Trivedi S., Susan K., Wang Ch.-Ch., Kim J.-S., Hommerich U., Shukla V., Sadangi R. Development of ceramic solid-state laser host materials // Proceedings of the SPIE. – 2009. – Vol. 7193. – ID. 71931X http://dx.doi.org/10.1117/12.813785

6. Chen S., Wu Y. New opportunities for transparent ceramics // Am. Ceram. Soc. Bull. – 2013. – Vol. 92, N 2. –P. 32-37.

7. Chen Y., Lin X., Lin Y., Luo Z. Spectroscopic properties of Yb3+ ions in La2(WO4)3 crystal // Solid State Comm. –2004. – Vol. 132, N 8. – Р. 533–538. http://dx.doi.org/10.1016/ j.ssc.2004.09.010

8. Gong X., Xiong F., Lin Y. Crystal growth and spectral properties of Pr3+:La2(WO4)3 // Mater. Res. Bull. – 2007. –Vol. 42, N 3. – P. 413–419. http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2006.07.013

9. Lakshminarasimhan N., Varadaraju U.V. Luminescent host lattices, LaInO3 and LaGaO3–A reinvestigation of luminescence of d10 metal ions // Mater. Res. Bull. – 2006. – Vol. 41, N 4. – Р. 724–731. http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2005.10.010

10. Чудинович О.В., Андриевская Е.Р., Богатырева Ж.Д., Спасенова Л.Н. Взаимодействие оксидов лантана и иттербия при температуре 1500 оС // Современные проблемы физического материаловедения. – 2014. – № 23. –С. 12–23.

11. Андрієвська О.Р., Корнієнко О.А., Чудінович О.В., Урбанович В.С. Взаємодія оксидів лантану та ітербію при температурі 1600 ºС // Анотований збірник проектів спільного конкурсу ДФФД-БРФФД. – 2018. –С. 88-93.

12. Хироюки И., Набору И., Хироси Т., Кацумори Т., Сюндзю С., Йосио С. Материал для уплотнения между керамическими изделиями, керамикой и металлом // Заявка № 58- 41766 (Яп.). 1981.

13. Yoshimura M., Rong X.-Zh. Various solid solutions in the systems Y2O3–R2O3 (R – La, Nd, and Sm) at high temperature // J. Mater. Sci. Lett. – 1997. – Vol. 16. – P. 1961–1963. http://dx.doi.org/10.1023/A:1018559322304.

14. Андриевская Е.Р. Фазовые равновесия в системах оксидов гафния, циркония и иттрия с оксидами редко-земельных элементов: Монография. – К. : Наук. думка, 2010. – 470 с.

15. Andrievskaya E.R. Phase equilibria in the refractory oxide systems of zirconia, hafnia and yttria with rareearth oxides // J. Eur. Ceram. Soc. – 2008. – Vol. 28, N 12. – Р. 2363–2388. http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.01.009

16. Coutures J., Rouanet A., Verges R., Foex M. Etude a haute temperature des systems formes par le sesquioxyde de lanthane et les sesquioxydes de lanthanides. I. Diagrammes de phases (1400 oC < T < T Liquide) // J. Solid State Chem. – 1976. – Vol. 17, N 1–2. – P. 172–182. http://dx.doi.org/10.1016/0022-4596(76)90218-8.

17. Coutures J., Sibieude F., Foex M. Etude a haute température des systèmes formés par les sesquioxydes de lanthane avec les sesquioxydes de lanthanides. II. Influence de la trempe sur la nature des phases obtenues à la

température ambiante // J. Solid State Chem. – 1976. – Vol. 17, N 4. – P. 377–384. http://dx.doi.org/10.1016/ S0022-4596(76)80006-0

18. Лопато Л.М., Нигманов Б.С., Шевченко А.В., Зайцева З.А. Взаимодействие оксида лантана с оксидом иттрия // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. – 1986. – Т. 22, № 5. – С. 771–774.

19. Berndt V. New ABO3 interlanthanide perovskite compounds / V. Berndt, D. Maier, C. Keller // J. Solid State Chem. – 1975. – Vol. 13, N 1–2. – P. 131–135. http://dx.doi.org/10.1016/0022-4596(75)90090-0

20. Mizuno M., Rouanet A., Yamada T., Noguchi T. Phase diagram of the system La2O3-Y2O3 at high temperatures // J. Ceram. Soc. Japan. – 1976. – Vol. 84, N 7. – P. 342–347. http://dx.doi.org /10.2109/jcersj1950.84.971_342

21. Coutures J., Foex M. Etude a haute temperature du diagrama d’ equilibrie du systeme forme par le sesquioxyde d’yttrium // J. Solid State Chem. – 1974. – Vol. 11, N 4. – P. 294–300. http://dx.doi.org/10.1016/S0022-4596(74)80034-4.

22. Wei George C, Emma T., William H. Rhodes. Analytical microscopy study of phases and fracture in Y2O3–La2O3 alloys // J. Am. Ceram. Soc. – 1988. – Vol. 71, N 10. – P. 820–825. http://dx.doi.org /10.1111/j.1151-2916.1988.tb07529.x.

23. Rhodes W.H. Controlled transient solid second phase sintering of yttria // J. Am. Ceram. Soc. – 1981. – Vol. 64, N 1. – P. 13–17. http://dx.doi.org /10.1111/j.1151-2916.1981.tb09551.x.

24. Muller-Buschbaum Hk., Teske Chr. L. Zur Kenntnis Kristallstruktur von LaYbO3 // Z. Anorg. Allg. Chem. – 1969. – Vol. 369, N 3-6. – P. 255-264. http://dx.doi.org/10.1002/zaac.19693690316

25. Muller-Buschbaum Hk.Untersuchung am System La2O3-Yb2O3 // Z. Anorg. Allg. Chem. – 1969. – Vol. 369, N 3-6. – P. 249-254. http://dx.doi.org/10.1002/zaac.19693690315

26. Foex M., Traverse J.P. Remarques sur les transformations cristallines presentees a haute temperature par les sesquioxydes de terres rares. Rev. Int. Hautes Temp. Refract. – 1966. – Vol. 3. – P. 429-453.

27. Торопов С.А. Диаграммы состояния систем тугоплавких оксидов. Л. : Наука, 1987. – C. 822.

28. Coutures J., Sibieude F., Foex M. Etude a haute température des systèmes formés par les sesquioxydes de lanthane avec les sesquioxydes de lanthanides II. Influence de la trempe sur la nature des phases obtenues à la température ambiante // J.Solid State Chem. – 1976. – Vol. 17, N 4 – P. 377–384. http://dx.doi.org/10.1016/S0022-4596(76)80006-0.

29. Shannon R.D. Revised effective ionic radii systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Crystallogr. A. – 1976. – Vol. 32, N 5. – P. 751-754.

30. Андриевская Е.Р., Зайцева З.А., Шевченко А.В., Лопато Л.М. Взаимодействие оксида европия с оксидом иттрия // Современные достижения в области физического материаловедения. – Киев: ИПМ НАН Украины. – 1995. – С. 126-132.





Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.