Оксид Y2.5Nd0.5Al5O12 со структурой граната. Получение керамики методом SPS

1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2

аспирант

1 ННГУ имени , Нижний Новгород, Россия

2 ОАО "ВНИИХТ", Москва, Россия

E–mail: *****@***ru

Дожигание плутония и обращение с минор-актинидами (захоронение, трансмутация) являются актуальными задачами современной атомной технологии, решение которых будет способствовать снижению риска распространения наиболее опасных компонентов ядерного топливного цикла (ЯТЦ) в биосфере.

В рамках этой задачи перспективным является подход, включающий не только разработку керамических материалов с высокими характеристиками термической, химической, радиационной устойчивости, но и экономически и экологически целесообразных методов их приготовления.

В настоящей работе для получения керамик на основе сложных оксидов со структурой граната, известных термически и радиационно устойчивых матриц для иммобилизации радионуклидов [1-3], впервые использовали метод высокоскоростного электроимпульсного спекания (Spark Plasma Sintering, SPS). Cпекание порошков в керамические образцы происходит в графитовых пресс-формах в вакууме с помощью установки «DR. Sinter model SPS-625». В процессе исследования варьируется температура и время спекания, скорости нагрева и охлаждения, характер и величина приложенного давления, а также могут быть использованы ступенчатые режимы спекания.

Из приготовленного порошка спекали керамику. Диаграмма спекания приведена на рис. 1. Из анализа диаграммы следует, что максимальная скорость усадки имеет место при Т = 1250°С при продолжительности процесса t = 12.5 мин (для сравнения: результаты метода холодного прессования спекания (ХПС) Т = 1475оС, t = 24 ч, [3]). Относительная плотность полученной керамики составила 98.5%. При этом фазовый состав сохранился (данные РФА), размер кристаллитов практически не изменялся. Изучены микротвердость и трещиностойкость полученной керамики.

Скорости выщелачивания элементов (Y, Nd, Al) из керамики на 14-е сутки при комнатной температуре (статический режим) не превышали 10-7 г/(см2·сут).
 
Соединение Y2.5Nd0.5Al5O12 (Nd как имитатор Am) получили в виде порошка методом совместного осаждения гидроксидов металлов водным раствором аммиака.

Рис. 1. Диаграмма спекания

образца Y2.5Nd0.5Al5O12.
 

1. Livshits, T. S., Lizin, A. A., Zhang, J. M., and Ewing, R. C. Amorphization of rare earth aluminate garnets under ion irradiation and decay of 244Cm admixture // Geologiya Rudnykh Mestorozhdenii. 2010, Vol. 52, № 4, pp. 297-309.

2. Livshits, T. S. Stability of artificial ferrite garnets with actinides and lanthanoids in water solutions // Geologiya Rudnykh Mestorozhdenii. 2008, Vol. 50, № 6, pp. 535-547.

3. Tomilin, S. V., Lizin, A. A., Lukinykh, A. N., and Livshits, T. S. Radiation resistance and chemical stability of yttrium aluminum garnet // Radiochemistry. 2011, Vol. 53, № 2, pp. 162-165.