ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ДОБАВОК ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ И УПРОЧНЕНИЯ Nd2Zr2O7 КЕРАМИК

В данной работе представлены результаты экспериментальных работ, связанных с получением Nd₂Zr₂O₇ керамик стабилизированных Y₂O₃, выбор которых обусловлен большими перспективами использования их в качестве материалов для инертных матриц дисперсного ядерного топлива. В ходе проведенных экспериментов, направленных на определение эффективности влияния стабилизирующих добавок в виде Y₂O₃ на изменение структурных, прочностных параметров Nd₂Zr₂O₇ керамик было установлено, что увеличение концентрации стабилизирующих добавок выше 0,1 М приводит к формированию в структуре включений в виде зерен Y₂Zr₂O₇, формирование которых связано с эффектами полиморфных трансформаций в диоксиде циркония при высокотемпературном отжиге. Определено, что замещение катионов циркония катионами иттрия приводит к увеличению концентрации кислородных вакансий в составе керамик, изменение концентрации которых также связано с фазовыми трансформациями в структуре, возникающими при больших концентрациях стабилизирующего допанта. При этом оптимальными концентрациями стабилизирующих добавок является концентрация 0,15 М, при которой соотношение структурных, прочностных параметров имеет оптимальные значения, определяющие потенциальное использование их в качестве материалов инертных матриц дисперсного ядерного топлива, обладающих высокими прочностными характеристиками.

1. Vijayan D. et al. Development, characterization, and properties of LnSmZr2O7 (Ln= Dy, Ho, Yb) defect fluorite functional ceramics // Materials Chemistry and Physics. – 2023. – Vol. 307. – P. 128085.

2. Xuechao T. I., Weimin L. I. Study on the phase evolution of Nd 3+-doped zirconolite ceramics (Ca1-xNdxZrTi2O7+x/2) // Nonferrous Metals Science and Engineering. – 2024. – Vol. 15, No. 2. – P. 302–310.

3. Tong Y. et al. A study of Eu-doped La2Zr2O7 nanocrystals prepared by salt-assistant combustion synthesis // Journal of alloys and compounds. – 2013. – Vol. 550. – P. 268– 272.

4. Choudhary B. et al. Effect of sintering temperature on the transport properties of La2Ce2O7 ceramic materials // Ceramics International. – 2022. – Vol. 48, No. 5. – P. 6758–6766.

5. Matzke H. Radiation damage in nuclear fuel materials: the “rim” effect in UO2 and damage in inert matrices for transmutation of actinides // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, B. – 1996. – Vol. 116, No. 1-4. – P. 121–125.

6. D'Agata E. et al. The behaviour under irradiation of molybdenum matrix for inert matrix fuel containing americium oxide (CerMet concept) // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 465. – P. 820–834.

7. Matzke H. Radiation effects in nuclear fuels // Radiation Effects in Solids. – Dordrecht: Springer Netherlands, 2007. – P. 401–420.

8. Ledergerber G. et al. Inert matrix fuel for the utilisation of plutonium // Progress in Nuclear Energy. – 2001. – Vol. 38, No. 3-4. – P. 301–308.

9. Singh Y. et al. Investigation of local structure and phase recovery in an irradiated Nd 2 Zr 2 O 7 pyrochlore // Journal of Materials Chemistry C. – 2024. – Vol. 12, No. 34. – P. 13525–13536.

10. Qing Q. et al. Irradiation response of Nd2Zr2O7 under heavy ions irradiation // Journal of the European Ceramic Society. – 2018. – Vol. 38, No. 4. – P. 2068–2073.

11. Ferrigno J., Adnan S., Khafizov M. Influence of point defect accumulation on in-pile thermal conductivity degradation: Fuel rod defect distribution and deviation between in-pile and post irradiation thermal conductivity // Journal of Nuclear Materials. – 2023. – Vol. 573. – P. 154108.

12. Eriksen T. E., Shoesmith D. W., Jonsson M. Radiation induced dissolution of UO2 based nuclear fuel–A critical review of predictive modelling approaches // Journal of Nuclear Materials. – 2012. – Vol. 420, No. 1–3. – P. 409– 423.

13. Hurley D. H. et al. Thermal energy transport in oxide nuclear fuel // Chemical reviews. – 2021. – Vol. 122, No. 3. – P. 3711–3762.

14. Ghosh B. et al. Defect Engineering in Composition and Valence Band Center of Y2 (Yx Ru1–x) 2O7− δ Pyrochlore Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction // Journal of the American Chemical Society. – 2024. – P. 1–10.

15. Sharma S. K. et al. Response of nonstoichiometric pyrochlore composition Nd1. 8Zr2. 2O7. 1 to electronic excitations // Journal of the American Ceramic Society. – 2024. – Vol. 107, No. 1. – P. 561–575.

16. Fedorov P. P., Yarotskaya E. G. Zirconium dioxide. Review // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2021. – Vol. 23. – No. 2 (eng). – P. 170–188.

17. Ghazanfari A. et al. Additive manufacturing and mechanical characterization of high density fully stabilized zirconia // Ceramics International. – 2017. – Vol. 43, No. 8. – P. 6082–6088.

18. Sktani Z. D. I. et al. Effects of additives additions and sintering techniques on the microstructure and mechanical properties of Zirconia Toughened Alumina (ZTA): A review // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2022. – Vol. 106. – P. 105870.

19. Hevorkian E. et al. Effect of the sintering parameters on the structure and mechanical properties of zirconia-based ceramics // Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, No. 19. – P. 35226–35235.

20. Jang K. J. et al. Effect of the volume fraction of zirconia suspensions on the microstructure and physical properties of products produced by additive manufacturing // Dental Materials. – 2019. – Vol. 35, No. 5. – P. e97–e106.

21. Yu T. et al. Extrusion-based additive manufacturing of yttria-partially-stabilized zirconia ceramics // Ceramics International. – 2020. – Vol. 46, No. 4. – P. 5020–5027.

22. A.L. Kozlovskiy, M. Kabiyev Study of the effect of variations in the MgO dopant on changes in the structural, strength and thermophysical parameters of Nd2Zr2O7 ceramics// ES Materials & Manufacturing (2024). – P.1–10.