RU2565712C2 - Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials - Google Patents
Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2565712C2 RU2565712C2 RU2014104483/05A RU2014104483A RU2565712C2 RU 2565712 C2 RU2565712 C2 RU 2565712C2 RU 2014104483/05 A RU2014104483/05 A RU 2014104483/05A RU 2014104483 A RU2014104483 A RU 2014104483A RU 2565712 C2 RU2565712 C2 RU 2565712C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dysprosium
- mixed
- hafnate
- nanocrystalline
- drying
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к технологии неорганических материалов, в частности к способам получения порошков и керамики на основе гафната диспрозия, и может быть использовано для изготовления нейтронопоглощающих материалов для стержней регулирования систем управления и защиты ядерных реакторов водо-водяного типа [1].The present invention relates to the technology of inorganic materials, in particular to methods for producing powders and ceramics based on dysprosium hafnate, and can be used for the manufacture of neutron-absorbing materials for control rods for control and protection of water-water type nuclear reactors [1].
Известен способ получения поглотителя нейтронов на основе гафната диспрозия (Dy2O3·HfO2) [2], согласно которому смесь оксидов диспрозия (12-85 мас. %), гафния (0,5-87 мас. %) и ниобия (0,5-20 мас. %) расплавляют методом высокочастотного индукционного плавления в холодном тигле. Быстрое охлаждение расплава, после окончания синтеза, приводит к получению однофазного гафната диспрозия, имеющего гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру флюорита. A known method of producing a neutron absorber based on dysprosium hafnate (Dy 2 O 3 · HfO 2 ) [2], according to which a mixture of dysprosium oxides (12-85 wt.%), Hafnium (0.5-87 wt.%) And niobium ( 0.5-20 wt.%) Is melted by high-frequency induction melting in a cold crucible. Rapid cooling of the melt, after the synthesis is completed, leads to the production of a single-phase dysprosium hafnate having a face-centered cubic (fcc) fluorite structure.
Недостатком данного способа является высокая температура синтеза (свыше 2300°С), что приводит к увеличению эксплуатационных расходов из-за использования специального комплекса аппаратуры (установки «Кристалл-401»), неоднородности получаемого порошка по химическому и фазовому составу из наличия гарнисажного слоя, а также ограниченные эксплуатационные возможности получаемого гафната диспрозия, а именно его использование только в виде порошка. Это объясняется тем, что невозможно получить прочные и плотные изделия (таблетки) из материала, который был синтезирован в расплаве при температуре, значительно превышающей температуру спекания таблеток, из-за очень высокой твердости порошка.The disadvantage of this method is the high synthesis temperature (over 2300 ° C), which leads to an increase in operating costs due to the use of a special complex of equipment (Crystal-401 installation), the heterogeneity of the obtained powder in chemical and phase composition from the presence of a skull layer, and also the limited operational capabilities of the resulting dysprosium hafnate, namely its use only in powder form. This is because it is impossible to obtain durable and dense products (tablets) from a material that was synthesized in the melt at a temperature significantly higher than the sintering temperature of the tablets, due to the very high hardness of the powder.
Проблему компактирования предлагается решить использованием нанокристаллического состояния. Наиболее эффективным способом получения нанокристаллических порошков смешанных оксидов, содержащих несколько катионов, является химический метод, основанный на соосаждении смеси солей этих металлов путем нейтрализации щелочным агентом, фильтрации и промывке полученного осадка смешанного гидроксида, его сушке и дальнейшем прокаливании до соответствующего оксида [3]. Данный метод позволяет существенно снизить температуру прокаливания, получая при этом однофазные нанокристаллические порошки в широком диапазоне размеров кристаллитов (от 3-5 до 100 нм). В работе [4] для снижения агрегации нанопорошков диоксида циркония стадии сушки и прокаливания гидроксида циркония проводят под действием СВЧ-излучения.The compacting problem is proposed to be solved using a nanocrystalline state. The most effective way to obtain nanocrystalline powders of mixed oxides containing several cations is the chemical method based on the coprecipitation of a mixture of salts of these metals by neutralizing with an alkaline agent, filtering and washing the resulting precipitate of mixed hydroxide, drying and further calcining to the corresponding oxide [3]. This method can significantly reduce the calcination temperature, while obtaining single-phase nanocrystalline powders in a wide range of crystallite sizes (from 3-5 to 100 nm). In [4], to reduce the aggregation of zirconium dioxide nanopowders, the drying and calcining stages of zirconium hydroxide are carried out under the influence of microwave radiation.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятому в качестве прототипа является способ получения порошков состава Ln2+xM2-xO7-ч/2, где Ln - редкоземельный элемент, М - металл подгруппы IVB (Ti, Zr, Hf), описанный в работе [5], согласно которому раствор, полученный в результате растворения солей Dy(NO)3)3·5H2O и HfOCl2 ·8H2O, при интенсивном перемешивании дозируют к раствору аммиака (NH4OH). Полученную суспензию фильтруют и далее осадок смешанного гидроксида диспрозия и гафния промывают, сушат при 90°С в течение 12 час и прокаливают в муфельной печи при 800°С в течение 3 час. Полученный однофазный нанокристаллический порошок гафната диспрозия Dy2HfO5 (размер области когерентного рассеяния - ОКР - 8 нм) мехактивируют в планетарной мельнице, прессуют и далее компактированную таблетку спекают при 1550°С в течение 4 час. Главным недостатком описанного способа является длительность процесса термообработки промытого осадка смешанного гидроксида диспрозия и гафния с получением нанокристаллического порошка гафната диспрозия.Closest to the proposed invention and adopted as a prototype is a method for producing powders of the composition Ln 2 + x M 2-x O 7 - h / 2 , where Ln is a rare-earth element, M is a metal of subgroup IVB (Ti, Zr, Hf) described in [5], according to which a solution obtained by dissolving salts of Dy (NO) 3 ) 3 · 5H 2 O and HfOCl 2 · 8H 2 O, is dosed with vigorous stirring to a solution of ammonia (NH 4 OH). The resulting suspension is filtered and then the precipitate of the mixed dysprosium and hafnium hydroxide is washed, dried at 90 ° C for 12 hours and calcined in a muffle furnace at 800 ° C for 3 hours. The obtained single-phase nanocrystalline dysprosium hafnate powder Dy 2 HfO 5 (size of the coherent scattering region - CSR - 8 nm) is mechanically activated in a planetary mill, pressed and then the compacted tablet is sintered at 1550 ° C for 4 hours. The main disadvantage of the described method is the duration of the heat treatment of the washed precipitate of mixed dysprosium and hafnium hydroxide to obtain a nanocrystalline dysprosium hafnate powder.
Технический результат, заключающийся в уменьшении длительности процесса термообработки промытого осадка смешанного гидроксида с получением нанокристаллического порошка гафната диспрозия с 12 час до 1,0-1,5 час, достигается тем, что в известном способе, включающем изготовление смешанного гидроксида диспрозия и гафния путем растворения в воде солей HfOCl2·8H2O и Dy(NO3)3·5H2O и добавления полученного раствора к раствору аммиака, фильтрацию и промывку полученного осадка, сушку с последующим прокаливанием до получения гафната диспрозия, его размол, прессование и отжиг полученных компактов, при этом стадию сушки и прокаливания смешанного гидроксида проводят под действием СВЧ-излучения с непрерывной мощностью 1,5-6,0 кВт, ступенчато изменяя температуру в течение 1,0-1,5 час до получения нанокристаллического порошка гафната диспрозия.The technical result, which consists in reducing the duration of the heat treatment of the washed precipitate of mixed hydroxide to obtain a nanocrystalline dysprosium hafnate powder from 12 hours to 1.0-1.5 hours, is achieved by the fact that in the known method, which involves the preparation of a mixed dysprosium and hafnium hydroxide by dissolving in water of salts of HfOCl 2 · 8H 2 O and Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O and adding the resulting solution to the ammonia solution, filtering and washing the resulting precipitate, drying, followed by calcination to obtain dysprosium hafnate, its size ol, pressing and annealing the obtained compacts, while the stage of drying and calcining the mixed hydroxide is carried out under the influence of microwave radiation with a continuous power of 1.5-6.0 kW, stepwise changing the temperature for 1.0-1.5 hours to obtain a nanocrystalline dysprosium hafnate powder.
Использование СВЧ-нагрева как на стадии сушки смешанного гидроксида диспрозия и гафния, так и его прокаливания приводит к сокращению длительности процесса термообработки промытого осадка поскольку процесс основан на проникновении электромагнитной энергии в материал и ее поглощении, в результате чего вся поглощенная материалом энергия преобразуется в тепловую энергию. Процесс является объемным и практически безынерционным, поэтому он обеспечивает равномерный нагрев по всему объему материала. Распределение температуры в материале оказывается противоположным существующему при традиционной тепловой обработке (в сушильном шкафу или муфельной печи), а именно, максимум температуры находится в середине тела. При этом распределение температуры в теле материала создает наиболее благоприятные условия для ускорения диффузии пара, выделяющегося из внутренних слоев смешанного гидроксида к периферийным, так как все три градиента (температура, давление, концентрация), определяющие скорость диффузии, здесь направлены в одну сторону. Это приводит к большей однородности получаемого нанопорошка гафната диспрозия.The use of microwave heating both at the stage of drying the mixed dysprosium and hafnium hydroxide and its calcination reduces the duration of the heat treatment of the washed precipitate since the process is based on the penetration of electromagnetic energy into the material and its absorption, as a result of which all the energy absorbed by the material is converted into thermal energy . The process is voluminous and practically inertialess, therefore it provides uniform heating throughout the entire volume of the material. The temperature distribution in the material turns out to be the opposite to that existing during traditional heat treatment (in an oven or muffle furnace), namely, the maximum temperature is in the middle of the body. Moreover, the temperature distribution in the body of the material creates the most favorable conditions for accelerating the diffusion of vapor released from the inner layers of the mixed hydroxide to the peripheral ones, since all three gradients (temperature, pressure, concentration) that determine the diffusion rate are directed in one direction here. This leads to greater uniformity of the obtained dysprosium hafnate nanopowder.
Используется СВЧ-излучение с рабочей частотой 2450 МГц и непрерывной мощностью 1,5-6,0 кВт в течение 1,0-1,5 час. Применение СВЧ-излучения с мощностью менее 1,5 кВт в течение менее 1,0 час приводит к тому, что в полученном нанокристаллическом порошке гафната диспрозия сохраняется значительное количество кристаллизационной воды, что приводит к возможному появлению трещин в таблетках после отжига компактированных образцов. Использование СВЧ-излучения с непрерывной мощностью более 6,0 кВт приводит к слишком высокой интенсивности процесса, что сопровождается разбрасыванием реакционной массы. Воздействие более 1,5 час приводит к существенному росту размера кристаллитов более 100 нм и переходу от нано- к микрокристаллическому порошку гафната диспрозия и снижает плотность таблеток менее 8,00 г/см3.Microwave radiation is used with an operating frequency of 2450 MHz and a continuous power of 1.5-6.0 kW for 1.0-1.5 hours. The use of microwave radiation with a power of less than 1.5 kW for less than 1.0 hour leads to the fact that the obtained nanocrystalline dysprosium hafnate powder retains a significant amount of crystallization water, which leads to the possible appearance of cracks in the tablets after annealing compacted samples. The use of microwave radiation with a continuous power of more than 6.0 kW leads to too high a process intensity, which is accompanied by a spreading of the reaction mass. Exposure to more than 1.5 hours leads to a significant increase in crystallite size of more than 100 nm and the transition from nanocrystalline to microcrystalline dysprosium hafnate powder and reduces the tablet density to less than 8.00 g / cm 3 .
Пример 1. Example 1
21,8 г Dy(NO3)3·5H2O и 10,3 г HfOCl2·8H2O растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц. 35 мл 25% NH4OH доводили до 150 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании раствор смеси солей Dy и Hf дозировали в раствор аммиака, получая вязкую суспензию белого цвета с рН 10,36. Полученную суспензию фильтровали и далее осадок смешанного гидроксида диспрозия и гафния промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок, имеющий химический состав Dy2O3·HfO2·250 H2O, переносили в кварцевый тигель и помещали в СВЧ-печь. Процесс сушки и прокаливания проводили под действием СВЧ-излучения с рабочей частотой 2450 МГц и непрерывной мощностью 1,5 кВт в течение 1,5 час (90 мин). Температуру в ходе процесса изменяли ступенчато по следующей схеме: нагрев до 260°С в течение 50 мин, нагрев до 800°С в течение 25 мин, выдержка при 800°С в течение 5 мин. Полученный порошок содержал 4,0 мас. % кристаллизационной воды и имел насыпную плотность 3,40 г/см. Рентгенографический анализ показал наличие нанокристаллитов гафната диспрозия с размером области когерентного рассеяния (ОКР) 8 нм и ГЦК структурой типа флюорита. Порошок Dy2HfO5 механоактивировали в течение 60 мин. Удельная поверхность порошка после механоактивации составляла 10,0 м2/г. Порошок далее прессовали (при давлении 180 МПа) в таблетку диаметром 12,0 мм и высотой 12,0 мм, имеющую плотность 4,09 г/см3. Таблетку прокаливали при температуре 1550°С в течение 4 час. Полученная после прокаливания таблетка была светло-кремового цвета, однородной, без трещин, имела диаметр 9,2 мм, высоту 9,35 мм и плотность 8,79 г/см3.21.8 g of Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O and 10.3 g of HfOCl 2 · 8H 2 O were dissolved in 200 ml of distilled water. The resulting solution was filtered to remove insoluble suspended particles. 35 ml of 25% NH 4 OH was adjusted to 150 ml with distilled water. With vigorous stirring, a solution of a mixture of salts of Dy and Hf was dosed into an ammonia solution to obtain a viscous white suspension with a pH of 10.36. The resulting suspension was filtered and then the precipitate of mixed dysprosium and hafnium hydroxide was washed with distilled water until there were no soluble anions in the washings. The washed precipitate having the chemical composition Dy 2 O 3 · HfO 2 · 250 H 2 O was transferred to a quartz crucible and placed in a microwave oven. The drying and calcination process was carried out under the influence of microwave radiation with an operating frequency of 2450 MHz and a continuous power of 1.5 kW for 1.5 hours (90 min). The temperature during the process was changed stepwise according to the following scheme: heating to 260 ° C for 50 minutes, heating to 800 ° C for 25 minutes, holding at 800 ° C for 5 minutes. The resulting powder contained 4.0 wt. % crystallization water and had a bulk density of 3.40 g / cm. X-ray diffraction analysis showed the presence of dysprosium hafnate nanocrystallites with a coherent scattering region (CSR) size of 8 nm and a fcc structure such as fluorite. Dy 2 HfO 5 powder was mechanically activated for 60 minutes. The specific surface area of the powder after mechanical activation was 10.0 m 2 / g. The powder was further pressed (at a pressure of 180 MPa) into a tablet with a diameter of 12.0 mm and a height of 12.0 mm, having a density of 4.09 g / cm 3 . The tablet was calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 hours. The tablet obtained after calcination was light cream in color, homogeneous, without cracks, had a diameter of 9.2 mm, a height of 9.35 mm and a density of 8.79 g / cm 3 .
Пример 2. Example 2
21,8 г Dy(NO3)3·5H2O и 10,3 г HfOCl2·8H2O растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц. 35 мл 25% NH4OH доводили до 150 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании раствор смеси солей Dy и Hf дозировали в раствор аммиака, получая вязкую суспензию белого цвета с рН 10,36. Полученную суспензию фильтровали и далее осадок смешанного гидроксида диспрозия и гафния промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок сушили при температуре 90°С в течение 12 час. Высушенный порошок прокаливали в муфельной печи на воздухе при 800°С в течение 3,0 час. Полученный порошок содержал 2,7 мас. % кристаллизационной воды и имел насыпную плотность 3,45 г/см3. Рентгенографический анализ показал наличие нанокристаллитов гафната диспрозия с размером ОКР 9 нм и ГЦК структурой типа флюорита. Порошок Dy2HfO5 механоактивировали в течение 33 мин.Удельная поверхность порошка после механоактивации составляла 10,4 м2/г. Порошок далее прессовали (при давлении 180 МПа) в таблетку диаметром 12,1 мм и высотой 12,0 мм, имеющую плотность 4,71 г/см3. Таблетку прокаливали при температуре 1550°С в течение 4 час. Полученная после прокаливания таблетка была светло-кремового цвета, однородной, без трещин, имела диаметр 9,6 мм, высоту 9,4 мм и плотность 8,00 г/см3.21.8 g of Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O and 10.3 g of HfOCl 2 · 8H 2 O were dissolved in 200 ml of distilled water. The resulting solution was filtered to remove insoluble suspended particles. 35 ml of 25% NH 4 OH was adjusted to 150 ml with distilled water. With vigorous stirring, a solution of a mixture of salts of Dy and Hf was dosed into an ammonia solution to obtain a viscous white suspension with a pH of 10.36. The resulting suspension was filtered and then the precipitate of mixed dysprosium and hafnium hydroxide was washed with distilled water until there were no soluble anions in the washings. The washed precipitate was dried at a temperature of 90 ° C for 12 hours. The dried powder was calcined in a muffle furnace in air at 800 ° C. for 3.0 hours. The resulting powder contained 2.7 wt. % crystallization water and had a bulk density of 3.45 g / cm 3 . X-ray analysis showed the presence of dysprosium hafnate nanocrystallites with a CSR size of 9 nm and a fcc structure such as fluorite. Dy 2 HfO 5 powder was mechanically activated for 33 min. The specific surface area of the powder after mechanical activation was 10.4 m 2 / g. The powder was further pressed (at a pressure of 180 MPa) into a tablet with a diameter of 12.1 mm and a height of 12.0 mm, having a density of 4.71 g / cm 3 . The tablet was calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 hours. The tablet obtained after calcination was light cream in color, uniform, without cracks, had a diameter of 9.6 mm, a height of 9.4 mm and a density of 8.00 g / cm 3 .
Пример 3. Example 3
21,8 г Dy(NO3)3·5H2O и 10,3 г HfOCl2·8H2O растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц. 35 мл 25% NH4OH доводили до 150 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании раствор смеси солей Dy и Hf дозировали в раствор аммиака, получая вязкую суспензию белого цвета с рН 10,36. Полученную суспензию фильтровали и далее осадок смешанного гидроксида диспрозия и гафния промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок переносили в кварцевый тигель и помещали в СВЧ-печь. Процесс сушки и прокаливания проводили под действием СВЧ-излучения с рабочей частотой 2450 МГц и непрерывной мощностью 1,4 кВт в течение 0,92 час (55 мин). Температуру в ходе процесса изменяли ступенчато по следующей схеме: нагрев до 260°С в течение 27 мин, нагрев до 800°С в течение 25 мин, выдержка при 800°С в течение 3 мин. Полученный порошок содержал 5,0 мас. % кристаллизационной воды и имел насыпную плотность 3,34 г/см3. Рентгенографический анализ показал наличие нанокристаллитов гафната диспрозия с размером ОКР 8 нм и ГЦК структурой типа флюорита. Порошок Dy2HfO5 механоактивировали в течение 60 мин. Удельная поверхность порошка после механоактивации составляла 10,1 м2/г. орошок далее прессовали (при давлении 180 МПа) в таблетку диаметром 12,1 мм и высотой 10,4 мм, имеющую плотность 4,15 г/см3. Таблетку прокаливали при температуре 1550°С в течение 4 час. Полученная после прокаливания таблетка была светло-кремового цвета, однородной, имела диаметр 9,3 мм, высоту 8,05 мм и плотность 8,07 г/см3, однако имела трещины, что является не допустимым для дальнейшей эксплуатации.21.8 g of Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O and 10.3 g of HfOCl 2 · 8H 2 O were dissolved in 200 ml of distilled water. The resulting solution was filtered to remove insoluble suspended particles. 35 ml of 25% NH 4 OH was adjusted to 150 ml with distilled water. With vigorous stirring, a solution of a mixture of salts of Dy and Hf was dosed into an ammonia solution to obtain a viscous white suspension with a pH of 10.36. The resulting suspension was filtered and then the precipitate of mixed dysprosium and hafnium hydroxide was washed with distilled water until there were no soluble anions in the washings. The washed precipitate was transferred to a quartz crucible and placed in a microwave oven. The drying and calcination process was carried out under the influence of microwave radiation with an operating frequency of 2450 MHz and a continuous power of 1.4 kW for 0.92 hours (55 min). The temperature during the process was changed stepwise according to the following scheme: heating to 260 ° C for 27 minutes, heating to 800 ° C for 25 minutes, holding at 800 ° C for 3 minutes. The resulting powder contained 5.0 wt. % crystallization water and had a bulk density of 3.34 g / cm 3 . X-ray analysis showed the presence of dysprosium hafnate nanocrystallites with a CSR size of 8 nm and a fcc structure such as fluorite. Dy 2 HfO 5 powder was mechanically activated for 60 minutes. The specific surface area of the powder after mechanical activation was 10.1 m 2 / g. the powder was then pressed (at a pressure of 180 MPa) into a tablet with a diameter of 12.1 mm and a height of 10.4 mm, having a density of 4.15 g / cm 3 . The tablet was calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 hours. Obtained after calcination, the tablet was light cream in color, uniform, had a diameter of 9.3 mm, a height of 8.05 mm and a density of 8.07 g / cm 3 , but had cracks, which is not acceptable for further use.
Пример 4. Example 4
21,8 г Dy(NO3)3·5H2O и 10,3 г HfOCl2·8H2O растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц. 35 мл 25% NH4OH доводили до 150 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании раствор смеси солей Dy и Hf дозировали в раствор аммиака, получая вязкую суспензию белого цвета с рН 10,36. Полученную суспензию фильтровали и далее осадок смешанного гидроксида диспрозия и гафния промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок переносили в кварцевый тигель и помещали в СВЧ-печь. Процесс сушки и прокаливания проводили под действием СВЧ-излучения с рабочей частотой 2450 МГц и непрерывной мощностью 6,0 кВт в течение 1,58 час (95 мин). Температуру в ходе процесса изменяли ступенчато по следующей схеме: нагрев до 260°С в течение 50 мин, нагрев до 800°С в течение 25 мин, выдержка при 1000°С в течение 20 мин. Полученный порошок содержал 3,0 мас. % кристаллизационной воды и имел насыпную плотность 3,50 г/см3. Рентгенографический анализ показал наличие нанокристаллитов гафната диспрозия с размером ОКР 108 нм и ГЦК структурой типа флюорита. Порошок Dy2HfO5 механоактивировали в течение 60 мин. Удельная поверхность порошка после механоактивации составляла 10,0 м2/г. Порошок далее прессовали (при давлении 180 МПа) в таблетку диаметром 12,1 мм и высотой 13,7 мм, имеющую плотность 5,28 г/см3. Таблетку прокаливали при температуре 1550°С в течение 4 час. Полученная после прокаливания таблетка была светло-кремового цвета, однородной, имела диаметр 10,1 мм, высоту 11,8 мм и плотность 7,87 г/см3.21.8 g of Dy (NO 3 ) 3 · 5H 2 O and 10.3 g of HfOCl 2 · 8H 2 O were dissolved in 200 ml of distilled water. The resulting solution was filtered to remove insoluble suspended particles. 35 ml of 25% NH 4 OH was adjusted to 150 ml with distilled water. With vigorous stirring, a solution of a mixture of salts of Dy and Hf was dosed into an ammonia solution to obtain a viscous white suspension with a pH of 10.36. The resulting suspension was filtered and then the precipitate of mixed dysprosium and hafnium hydroxide was washed with distilled water until there were no soluble anions in the washings. The washed precipitate was transferred to a quartz crucible and placed in a microwave oven. The drying and calcination process was carried out under the influence of microwave radiation with an operating frequency of 2450 MHz and a continuous power of 6.0 kW for 1.58 hours (95 min). The temperature during the process was changed stepwise according to the following scheme: heating to 260 ° C for 50 minutes, heating to 800 ° C for 25 minutes, holding at 1000 ° C for 20 minutes. The resulting powder contained 3.0 wt. % crystallization water and had a bulk density of 3.50 g / cm 3 . X-ray analysis showed the presence of dysprosium hafnate nanocrystallites with a CSR size of 108 nm and an fcc structure such as fluorite. Dy 2 HfO 5 powder was mechanically activated for 60 minutes. The specific surface area of the powder after mechanical activation was 10.0 m 2 / g. The powder was then pressed (at a pressure of 180 MPa) into a tablet with a diameter of 12.1 mm and a height of 13.7 mm, having a density of 5.28 g / cm 3 . The tablet was calcined at a temperature of 1550 ° C for 4 hours. The tablet obtained after calcination was light cream in color, uniform, had a diameter of 10.1 mm, a height of 11.8 mm and a density of 7.87 g / cm 3 .
Таким образом, приведенные примеры показывают, что одновременное проведение стадии сушки и прокаливания смешанного гидроксида диспрозия и гафния под действием СВЧ-излучения с рабочей частотой 2450 МГц и непрерывной мощностью 1,5-6,0 кВт в течение 1,0-1,5 час при ступенчатом изменении температуры позволяет существенно сократить время проведения сушки и прокаливания смешанного гидроксида диспрозия и гафния с получением однофазных нанокристаллических порошков гафната диспрозия.Thus, the above examples show that the simultaneous stage of drying and calcining a mixed dysprosium and hafnium hydroxide under the influence of microwave radiation with an operating frequency of 2450 MHz and a continuous power of 1.5-6.0 kW for 1.0-1.5 hours with a step change in temperature, it can significantly reduce the time of drying and calcination of a mixed dysprosium and hafnium hydroxide to obtain single-phase nanocrystalline dysprosium hafnate powders.
ЛитератураLiterature
1. Risovany V.D., Zakharov A.V., Muraleva E.M., et al. Dysprosium hafhate as absorbing material for control rods // J. Nucl. Mater., 2006, v. 355, №1, p.163 - 170.1. Risovany V.D., Zakharov A.V., Muraleva E.M., et al. Dysprosium hafhate as absorbing material for control rods // J. Nucl. Mater., 2006, v. 355, No. 1, p. 163 - 170.
2. Патент РФ №2124240, МПК: G21C 7/24, 1998.2. RF patent №2124240, IPC: G21C 7/24, 1998.
3. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: Академкнига, 2006, 309 с. 3. Shabanova N.A., Popov V.V., Sarkisov P.D. Chemistry and technology of nanosized oxides. M .: Academic book, 2006, 309 p.
4. Патент РФ №2404125, МПК: C01G 25/02, 20.11.2010.4. RF patent No. 2404125, IPC: C01G 25/02, 11.20.2010.
5. Патент РФ №2467983, МПК: В82В 3/00, 27.11.2012.5. RF patent No. 2467983, IPC: B82B 3/00, 11/27/2012.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014104483/05A RU2565712C2 (en) | 2014-02-07 | 2014-02-07 | Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014104483/05A RU2565712C2 (en) | 2014-02-07 | 2014-02-07 | Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014104483A RU2014104483A (en) | 2015-08-20 |
| RU2565712C2 true RU2565712C2 (en) | 2015-10-20 |
Family
ID=53879950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014104483/05A RU2565712C2 (en) | 2014-02-07 | 2014-02-07 | Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2565712C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2686479C1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-04-29 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Plasma-chemical method of producing powder of titanate and/or dysprosium hafnate |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4992225A (en) * | 1988-02-03 | 1991-02-12 | General Electric Company | Water corrosion-resistant ceramic oxide body |
| RU2124240C1 (en) * | 1996-12-03 | 1998-12-27 | Государственный научный центр Научно-исследовательского института атомных реакторов | Neutron absorber for nuclear reactors |
| SU459055A1 (en) * | 1973-07-24 | 1999-09-20 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | METHOD OF OBTAINING ZIRCONATES AND GAFNATS OF RARE-EARTH ELEMENTS |
| US20080161213A1 (en) * | 2007-01-03 | 2008-07-03 | Tze-Chi Jao | Nanoparticle additives and lubricant formulations containing the nanoparticle additives |
| RU2467983C1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-11-27 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals |
-
2014
- 2014-02-07 RU RU2014104483/05A patent/RU2565712C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU459055A1 (en) * | 1973-07-24 | 1999-09-20 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | METHOD OF OBTAINING ZIRCONATES AND GAFNATS OF RARE-EARTH ELEMENTS |
| US4992225A (en) * | 1988-02-03 | 1991-02-12 | General Electric Company | Water corrosion-resistant ceramic oxide body |
| RU2124240C1 (en) * | 1996-12-03 | 1998-12-27 | Государственный научный центр Научно-исследовательского института атомных реакторов | Neutron absorber for nuclear reactors |
| US20080161213A1 (en) * | 2007-01-03 | 2008-07-03 | Tze-Chi Jao | Nanoparticle additives and lubricant formulations containing the nanoparticle additives |
| RU2467983C1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-11-27 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2686479C1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-04-29 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Plasma-chemical method of producing powder of titanate and/or dysprosium hafnate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014104483A (en) | 2015-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Uniform colloidal spheres for (Y1− x Gd x) 2O3 (x= 0–1): Formation mechanism, compositional impacts, and physicochemical properties of the oxides | |
| Marchal et al. | Yttrium aluminum garnet nanopowders produced by liquid-feed flame spray pyrolysis (LF-FSP) of metalloorganic precursors | |
| Xu et al. | Synthesis of monodispersed spherical yttrium aluminum garnet (YAG) powders by a homogeneous precipitation method | |
| Li et al. | A homogeneous co-precipitation method to synthesize highly sinterability YAG powders for transparent ceramics | |
| Wu et al. | Enhanced infrared radiation properties of CoFe2O4 by doping with Y3+ via sol–gel auto-combustion | |
| Yang et al. | Tritium release behavior of Li2TiO3 and 2Li2TiO3-Li4SiO4 biphasic ceramic pebbles fabricated by microwave sintering | |
| RU2679822C2 (en) | Method for preparing dysprosium hafnate powder for absorbing elements of nuclear reactor | |
| Lei et al. | Structure properties and sintering densification of Gd2Zr2O7 nanoparticles prepared via different acid combustion methods | |
| CN108675336A (en) | The method that microwave cooperates with auxiliary liquid phase synthesis nanometer rare earth oxide ball with the double outfields of ultrasonic wave | |
| Zhang et al. | Effect of lanthanum doping on the far-infrared emission property of vanadium–titanium slag ceramic | |
| CN102730756A (en) | Preparation method for pyrochlore type rare-earth zirconate | |
| Kafili et al. | A comparative approach to synthesis and sintering of alumina/yttria nanocomposite powders using different precipitants | |
| RU2404125C2 (en) | Method of preparing zirconium dioxide nanopowder | |
| RU2565712C2 (en) | Method of obtaining nanocrystalline dysprosium hafnate powders and thereof-based ceramic materials | |
| CN104477977A (en) | Method for synthesizing Dy2TiO5 powder by molten-salt growth method | |
| Zhang et al. | Highly transparent cerium doped gadolinium gallium aluminum garnet ceramic prepared with precursors fabricated by ultrasonic enhanced chemical co-precipitation | |
| CN109052493A (en) | The method of molten-salt growth method synthesis metatitanic acid nano nickel particles | |
| RU2467983C1 (en) | Method of producing nanocrystalline powder and ceramic materials based on mixed oxides of rare-earth elements and subgroup ivb metals | |
| Shi et al. | High density nano-grained Gd2Zr2O7 ceramic prepared by combined cold and microwave sintering | |
| Ren et al. | Synthesis of ZIT composite material and immobilization of Nd2O3 | |
| CN113912391B (en) | Preparation method of spinel-structured zinc titanate nano powder, composition for curing radioactive waste and method for curing lanthanum oxide by using composition | |
| RU2600636C2 (en) | Method of producing nanocrystalline powder of zirconium dioxide | |
| CN110310753B (en) | Method for solidifying radionuclide fission product cesium by using perovskite structure oxide | |
| CN107021520A (en) | A kind of yttrium oxide powder and preparation method thereof | |
| Lv et al. | Decomposition study of praseodymium oxalate as a precursor for praseodymium oxide in the microwave field |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210208 |