Разработка функциональных керамических материалов, устойчивых к тепловым ударам, на основе фосфатов каркасного строения

Целью настоящего проекта является экспериментальное изучение структурообразования, теплофизических и каталитических свойств в рядах каркасных фосфатов с плавно меняющимися катионными составами. На основе кристаллохимического подхода и базируясь на полученных аспирантом ранее данных о фазообразовании в рядах изученных им сложных фосфатов M(0.5+x)M'(x)Zr(2-x)(PO4)3 (M – Ca, Mn, Co, Sr, Cd, Ba, Pb; M' – Mg, Mn, Co, Ni, Cu) спрогнозированы составы фосфатов каркасной структуры, перспективных для разработки материалов с высокими теплофизическими и каталитическими характеристиками. Подобраны оптимальные температурно-временные режимы синтеза фосфатов заданных составов. Комплексная характеристика структуры, фазового и элементного состава полученных материалов проведена с использованием методов рентгенографии (в том числе, структурного исследования методом Ритвельда и терморентгенографии в широком интервале температур), ИК-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, электроннозондового микроанализа. В рядах фосфатов получены ограниченные твердые растворы каркасного строения структурных типов NaZr2(PO4)3 (NZP, коснарит) и Sc2(WO4)3 (SW). Для исследования теплофизических характеристик в первый год выполнения проекта выбраны ряды фосфатов, образующих достаточно широкие области твердых растворов и включающих в свой состав сравнительно крупные катионы (кадмия, стронция и свинца): M(0.5+x)M'(x)Zr(2-x)(PO4)3 (M – Cd, Sr, Pb; M' – Mg, Co, Cu, Mn). Изучение теплового расширения фосфатов показало, что включение в состав NZP-фосфатов одновременно крупных и небольших катионов по размеру катионов позволяет разрабатывать материалы с высокой устойчивостью к тепловым ударам. Результаты комплексной характеристики теплофизических свойств (тепловое расширение, теплоемкость, температуро- и теплопроводность) новых фосфатных NZP-керамик, включающих цирконий и металлы в степени окисления +2, позволяют рассматривать их как перспективные высокостойкие огнеупоры. Каталитические характеристики фосфатов в реакциях конверсии этанола изучены в зависимости от структурного типа соединений, а также размера и электронного строения ионов, входящих в состав катализаторов, на примере систем: M(0.5+x)M'(x)Zr(2-x)(PO4)3 (M – Mn, Ca; M' – Ni). В целом, изученные фосфаты каркасного строения можно рассматривать как стабильные высокоселективные (S до 80-82%) катализаторы получения ацетальдегида, устойчивые к действию высоких температур и тепловых ударов.