ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 666.3
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-1-85-91
Аннотация
С открытием новых горизонтов в ядерной энергетике, особенно в контексте разработки реакторов третьего поколения и их усовершенствованных вариантов, значительно возросли требования к безопасности и экологической устойчивости ядерных технологий. Важным аспектом этих требований является эффективное функционирование материалов для поглощающих элементов, которые играют ключевую роль в контроле и регуляции ядерной реакции. Поглотители обеспечивают возможность надежного управления реакцией, снижая риски и соблюдая нормы защиты окружающей среды. Гафнаты представляют собой один из наиболее перспективных классов материалов для использования в новых реакторах. Эти соединения характеризуются высокой нейтронной поглощающей способностью и стабильными физико-химическими свойствами при высоких температурах. Одним из главных преимуществ титанатов является их способность создавать эффективные структуры, способные быстро реагировать на изменения условий работы реактора. Это позволяет им сохранять свои характеристики даже в условиях высоких температур и радиационного воздействия. Рассмотрены преимущества использования гадолиния в качестве выгорающего поглотителя, способного увеличить исходную загрузку топлива и расширить активную зону реактора, а также поле энерговыделения. Приведены результаты экспериментального исследования коррозионной стойкости титаната гадолиния, полученного механохимическим методом. Испытания проводятся в автоклаве при высоких температурах и давлении, с измерением изменений образцов в процессе термообработки. Полученные данные повышают эффективность применения дополнительного материала. В заключении сделан вывод о необходимости разработки технологий массового производства поглощающих элементов, а также улучшения управления качеством и снижения затрат на их изготовление. Отмечено, что разработка новых материалов на основе сложнооксидной керамики редкоземельных элементов требует решения проблем, связанных с их введением в массовое производство, улучшением качества и сокращением производственных издержек.
Ключевые слова
гафнаты, титанаты, оксиды, редкоземельные металлы, механохимия, синтез, свойства
Для цитирования
Шарипзянова Г.Х. Получение и применение гафнатов и титанатов редкоземельных металлов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №1. С. 85-91. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-1-85-91
1. Третьяков Ю.Д., Лепис Х. Химия и технология твердофазных материалов: учеб. пособие. Москва: Изд-во МГУ, 1985. 253 с.
2. Technology for nonwaste recovery of tailings of the mizur mining and processing plant / Golik V.I., Klyuev R.V., Martyushev N.V., Zyukin D.A., Karlina A.I. // Metallurgist. 2023, vol. 66, no. 11-12, pp. 1476-1480. DOI: 10.1007/s11015-023-01462-y.
3. Efficiency gains when using activated mill tailings in underground mining / Brigida V.S., Golik V.I., Klyuev R.V., Sabirova L.B., Mambetalieva A.R., Karlina Yu.I. // Metallurgist. 2023, vol. 67, no. 3-4. DOI: 10.1007/s11015-023-01526-z.
4. Толкачева А.С., Павлова И.А. Общие вопросы технологии тонкой керамики: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2018. 184 с.
5. Синтез и исследование термической стабильности высокодисперсных тугоплавких цирконатов и гафнатов лантана и неодима для термобарьерных покрытий / В.Г. Севастьянов, Е.П. Симоненко, Н.А, Игнатов, Р.Г. Павелко, Н.Т. Кузнецов // Композиты и наноструктуры. 2009. №1. С. 50-58.
6. Andrievskaya E.R. Phase equilibria in the refractory oxide systems of zirconia, hafnia and yttria with rare-earth oxides // Journal of the European Ceramic Society. 2008, vol. 28, iss. 12, pp. 2363-2388.
7. Термические и теплофизические свойства теплозащитных покрытий на основе цирконата лантана / И. В. Мазилин, Л. X. Балдаев, Д. В. Дробот, А. М. Ахметгареева, А. О. Жуков, А. Г. Хисматуллин // Перспективные материалы. 2013. №7. С. 21-30.
8. ГОСТ Р 9.905 - 2007 (ИСО 7384:2001, ИСО 11845:1995). Единая система защиты от коррозии и старения. Методы коррозионных испытаний. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2020.
9. McCormick P.G., Froes F.H. The fundamentals of Mechanochemical processing // JOM. November. 1998, pp. 61-65.
10. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2005. 416 с.
11. Жуков А.В., Чижевская С.В., Пьяе Пьо. Гетерофазный синтез гидроксидов циркония как альтернатива осадительным методам // Химическая промышленность сегодня. 2020. № 3. С. 42-47.
12. Sol-gel synthesis and crystallization kinetics of dysprosium-titanate Dy2Ti2O7 for photonic applications / Potel M. et al. // Mater. Chem. Phys. 2015, vol. 168, pp. 159–167.
13. Mahato N., Gupta A., Balani K. Doped zirconia and ceria-based electrolytes for solid oxide fuel cells: a review // Nanomaterials and Energy. 2012, vol. 1, no. 1, pp. 27-45.
14. Fabrication of Lu2O3: Eu transparent ceramics using powder consisting of mono-dispersed spheres / C. Ma, X. Li, S. Liu, Q. Zhu, D. Huo, J.-G. Li, X. Sun // Ceramics International. 2015, vol. 41, no. 8, pp. 9577–9584.
15. Патент RU 2430884 С1. Способ получения сложных оксидных соединений редкоземельных металлов / Кузнецов М.В., Морозов Ю.Г. Опубл. 10.10.2011. Бюл. № 28.
16. Патент RU 2142654 C1. Нейтроннопоглощающий материал / Захаров Ю.К., Красовский В.Д., Маковский А.В. и др. Опубл. 10.12.1999.
17. Резниченко В.А., Аверин В.В., Олюнина Т.В. Титанаты: научные основы, технология, производство. М.: Наука, 2010. 267 с.
18. Ермилов А.Г., Богатырева Е.В. Предварительная механоактивация. М.: Изд. Дом МИСиС, 2012. 135 с.
19. Механизм образования флюоритоподобных фаз в системах Тi2 Y2O3(Еr2O3, Sc2O3) / Ляшенко Л.П., Никонов Ю.П., Раевский А.В., Щербакова Л.Г. // Материаловедение. 1999. № 1. С. 29-33.
20. Нанокристаллические сложные оксиды, получаемые механохимическим синтезом / Григорьева Т.Ф., Баринова А.П. и др. // Химия в интересах устойчивого развития. 1998. Т. 6. №2-3. С. 115-119.
21. Патент РФ RU 2 124 240 C1. Поглотитель нейтронов для ядерных реакторов / Рисованый В.Д., Захаров А.В., Клочков Е.П. и др. Опубл. 27.12.1998.
22. Разработка и освоение производства гафната диспрозия как поглощающего материала для органов регулирования перспективных реакторов на тепловых нейтронах / Рисованый В.Д., Захаров А.В., Муралева Е.М., Соколов В.Ф. // Сборник трудов АО «ГНЦ НИИАР». Димитровград, 2011. № 2. С. 8–13.
23. Соединения редкоземельных элементов. Карбонаты, оксалаты, нитраты, титанаты / Комиссарова Л.Н., Шацкий В.М., Пушкина Г.Я., Щербакова Л.Г., Мамсурова Л.Г., Суханова Г.Е. М.: Наука, 1984. 235 с.
24. Шляхтина А.В. Морфотропия, изоморфизм и полиморфизм сложных оксидов на основе Ln2M2O7 (Ln = La–Lu, Y, Sc; M = Ti, Zr, Hf, Sn) // Кристаллография. 2013. Т. 58. № 4. С. 545-560.
25. Solid-state reaction, microstructure and phase relations in the ZrO2-rich region of the ZrO2-Yb2O3 system / M. Gonzalez, C. Moure, J.R. Jurado and P. Duran // Journal of materials science. 1993, vol. 28, no. 13, pp. 3451- 3456.
26. The effect of nanosize Y2O3-ZrO2, Ce2O3-ZrO2, and Ce2O3-Y2O3-ZrO2 precursor dispersity on the conductivity and sensor properties of final ceramics / V.G. Konakov, A.V. Shorokhov, N.V. Borisova, S.N. Golubev, E.N. Solovieva and V.M. Ushakov // Reviews on Advanced Materials Science. 2012, vol. 32, no. 1, pp. 34-43.
27. Исследование содержания и возможности извлечения матричных и редких элементов из золошлаковых отходов предприятия теплоэнергетики / Черкасова Т.Г., Черкасова Е.В., Тихомирова А.В., Гилязидинова Н.В., Клюев Р.В., Мартюшев Н.В., Карлина А.И., Скиба В.Ю. // Металлург. 2021. № 11. С. 96-100. DOI: 10.52351/00260827_2021_11_96.