ФОРМИРОВАНИЕ И СВОЙСТВА КЕРАМИК CoTiO₃ ПРИ ВВЕДЕНИИ ОКСИДНЫХ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ДОБАВОК

В работе проведено комплексное исследование влияния типа кобальтосодержащей компоненты и стабилизирующих оксидных добавок на фазовый состав, микроструктуру и прочностные характеристики керамик на основе титаната кобальта, полученных методом механохимического твердофазного синтеза. В качестве исходных кобальтосодержащих соединений использовались нитрат, сульфат и хлорид кобальта, смешиваемые с диоксидом титана в эквимолярных соотношениях с последующим механохимическим перемалыванием и термическим спеканием при 1000 °C. Методами рентгеновской дифракции и растровой электронной микроскопии установлено, что во всех образцах формируется двухфазная система CoTiO₃ -TiO₂ (рутил), при этом соотношение фаз и характер микроструктуры существенно зависят от типа исходной кобальтосодержащей компоненты. Показано, что использование хлорида кобальта способствует увеличению весового вклада фазы CoTiO₃ до ~60 % и формированию более плотной и однородной микроструктуры по сравнению с керамиками, синтезированными с применением нитрата и сульфата кобальта, для которых доминирует фаза рутила. Установлено, что введение стабилизирующих оксидных добавок ZrO₂ , MgO и Y₂O₃ приводит к подавлению роста зерен и увеличению плотности межфазных границ. Добавление оксида иттрия сопровождается формированием вторичной фазы Y₂Ti₂O⁷ и обеспечивает наиболее выраженный эффект структурного упрочнения. Максимальное значение микротвёрдости (742 ± 14 HV) достигнуто для образцов, модифицированных Y₂O₃ . Полученные результаты показывают, что целенаправленный выбор кобальтосодержащей компоненты и стабилизирующих оксидных добавок позволяет эффективно управлять фазовым составом, микроструктурой и прочностными свойствами CoTiO₃ -керамик, синтезированных механохимическим методом.

1. Carter C. B., Norton M. G. Ceramic materials: science and engineering. – Springer., 2007. – Vol. 716.

2. Barsoum M. Fundamentals of ceramics. – CRC press, 2019.

3. West A. R. Solid state chemistry and its applications. – John Wiley & Sons, 2022.

4. Moos R., Hardtl K. H. Defect chemistry of donor‐doped and undoped strontium titanate ceramics between 1000 and 1400 C //Journal of the American Ceramic Society. – 1997. – Vol. 80. – №. 10. – P. 2549-2562. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1997.tb03157.x

5. Mohamed M. J. S. et al. Surface oxygen vacancy defects induced CoTiO3-x perovskite nanostructures for highly efficient catalytic activity from acidic and seawater electrolysis //Results in Physics. – 2023. – Vol. 44. – P. 106179. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2022.106179

6. Dubrovin R. M. et al. Lattice dynamics and spontaneous magnetodielectric effect in ilmenite CoTiO3 //Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – Vol. 858. – С. 157633. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157633

7. Shi M. et al. Effects of oxygen vacancy on bond ionicity, lattice energy, and microwave dielectric properties of CeO 2 ceramics with Yb 3+ substitution //Journal of Advanced Ceramics. – 2024. – Vol. 13. – №. 2. https://doi.org/10.26599/jac.2024.9220848

8. Zhang Y. et al. Mechanochemical synthesis of nanostructured and composite oxide ceramics: From mechanisms to tailored properties //International Journal of Applied Ceramic Technology. – 2024. – Vol. 21. – №. 2. – P. 616-654. https://doi.org/10.1111/ijac.14598

9. Mohanty H. S. et al. Insight of the Influence of Cobalt Substitution on the Structural, Microstructural, Optical and Electrical Properties of Tetragonal Barium Titanate Ceramics //ECS Journal of Solid State Science and Technology. – 2023. – Vol. 12. – №. 9. – P. 093001. https://doi. org/10.1149/2162-8777/acf2c7

10. Shakirzyanov R. I. et al. Study of the Relationship Between Microstructure, Phase Composition and Strength Characteristics in Composite Ceramics Based on ZrO2-Al2O3 System //Journal of Composites Science. – 2025. – Vol. 9. – №. 10. – P. 519. https://doi.org/10.3390/jcs9100519

11. Wang K. et al. A defect-chemistry-informed phase-field model of grain growth in oxide ceramics: application to Fedoped SrTiO3 //arXiv preprint arXiv:2407.17650. – 2024. https://doi.org/10.48550/arXiv.2407.17650

12. Shin Y. B. et al. Novel transparent high-entropy sesquioxide ceramics with high physicochemical plasma etching resistance //Journal of Advanced Ceramics. – 2025. – Vol. 14. – №. 1. –P. 9221013. https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9221013

13. De Souza R. A. et al. Defect chemistry of grain boundaries in proton-conducting solid oxides //Solid State Ionics. – 2011. – Vol. 196. – №. 1. –P. 1-8. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2011.07.001

14. Suryanarayana C. Mechanical alloying: a novel technique to synthesize advanced materials //Research. – 2019. – Vol. 2019. –P. 4219812. http://doi.org/10.34133/2019/4219812

15. Boldyrev V. V., Tkáčová K. Mechanochemistry of solids: past, present, and prospects //Journal of materials synthesis and processing. – 2000. – Vol. 8. – №. 3. – P. 121-132. https://doi.org/10.1023/A:101134770672116/

16. Przepiera A. et al. Preparation of cobalt titanates via co-precipitation while using industrial intermediates as titanium precursors //Polish Journal of Chemical Technology. – 2009. – Vol. 11. – №. 2. – P. 51-54. https://doi.org/10.2478/ v10026-009-0024-z

17. Klemme S. et al. New thermodynamic data for CoTiO3, NiTiO3 and CoCO3 based on low-temperature calorimetric measurements //Chemistry Central Journal. – 2011. – Vol. 5. – №. 1. – P. 54. https://doi.org/10.1186/1752-153X-5-54