«ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ, ТЕПЛО- И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМБИНИРОВАННЫХ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ» ДОБАВОК»

Изучено влияние концентрации стабилизирующих оксидов Sc₂O₃, Y₂O₃ и СеО₂ на структуру, фазовый состав, теплопроводность и транспортные характеристики твердых растворов на основе ZrO₂ при синтезе из расплава. Синтез кристаллов проводили методом направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере. Фазовый состав твердых растворов исследовали методами рентгеновской дифрактометрии и комбинационного рассеяния света. Структуру кристаллов изучали методом просвечивающей электронной микроскопии. Теплопроводность кристаллов определяли в температурном интервале 50 - 300 K абсолютным стационарным методом продольного теплового потока. Выше комнатной температуры измерения теплопроводности проводили динамическим методом на измерителе теплопроводности ИТλ-400. Проводимость кристаллов измеряли методом импедансной спектроскопии. Распределение оксидов скандия, иттрия, церия и циркония по длине кристаллов показало, что при скорости выращивания 10 мм/ч присутствует неоднородное распределение оксида церия по длине слитка. Локальное увеличение концентрации оксида церия по высоте слитка вызвано нарушением нормальной кристаллизации из-за концентрационного переохлаждения на фронте кристаллизации, приводящем к быстрой кристаллизации области, обогащенной оттесняемой примесью. По данным фазового анализа показано, что в исследуемом диапазоне составов твердых растворов ZrO₂ - Sc₂O₃ - СеО₂ не удалось получить однофазных кубических кристаллов. При суммарной концентрации стабилизирующих оксидов выше 10 мол.% в кристаллах наряду с кубической фазой присутствовала ромбоэдрическая фаза, а при суммарной концентрации меньше 10 мол.% - кубическая и тетрагональная. Солегирование кристаллов ZrO₂ - Sc₂O₃- СеО₂ оксидом иттрия в исследованном диапазоне составов привело к стабилизации кубической фазы во всем объеме кристаллов только при содержании Y₂O₃ не менее 2 мол%. Исследование структуры методом просвечивающей электронной микроскопии показало, что кристаллы с тетрагональной или ромбоэдрической структурой содержали двойники. Размеры и форма двойников в тетрагональной и ромбоэдрической структуре отличались. Показано, что введение оксида церия в твердые растворы ZrO₂ - Sc₂O₃ увеличивает проводимость кристаллов, но повышение удельной электропроводности кристаллов зависит от содержания Sc₂O₃ в исходном составе и определяется фазовым составом кристаллов. Максимальную ионную проводимость имели кристаллы, с содержанием оксида церия 0,5 мол.%. Солегирование твердых растворов ZrO₂ - Sc₂O₃ - СеО₂ оксидом иттрия показало, что введение даже 0,5 мол.% Y₂O₃ понижает проводимость кристаллов.Показано, что значения теплопроводности исследуемых твердых растворов низкие, температурная зависимость теплопроводности слабо выражена, что однозначно свидетельствует о существенных процессах фононного рассеяния в данных кристаллических материалах.Показано, что основным фактором, влияющим на теплопроводность кристаллов твердых растворов ZrO₂ - Sc₂O₃ - СеО₂ и ZrO₂ - Sc₂O₃ - Y₂O₃ - СеО₂ является содержание оксида скандия. При увеличении содержания Sc₂O₃ в исследуемых твердых растворах значения теплопроводности снижаются. Наличие двойниковой структуры и включений второй фазы также способствует снижению теплопроводности твердых растворов на основе диоксида циркония. Установлено, что при сопоставимых концентрациях стабилизирующих оксидов Sc₂O₃, Y₂O₃ и СеО₂ в твердых растворах на основе ZrO₂ наблюдается корреляция значений электропроводности и теплопроводности кристаллов.