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烧绿石型氧化物A2B2O7,由于具有压电性、铁电性、铁氧体磁性、荧光发光性、巨磁电阻效应以及抗辐射损伤等优良性能,在许多领域得到了广泛的应用。
在本论文中,将压力固定在5.2 GPa、以不同的温度分别对ZrO2-Gd2O3、ZrO2-La2O3、ZrO2-CeO2、ZrO2-CeO2-Gd2O3体系进行了超高压合成实验。对合成样品进行了X射线衍射、扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、拉曼光谱分析和观察,测量了样品的密度及气孔率,计算了样品的晶胞参数。
对于ZrO2-Gd2O3体系,在温度分别为1473K、1673K、1873K的条件下,保温保压时间为30min,当温度1473K时有钆烧绿石生成,温度升至1673K原料相减少钆烧绿石相增多、当温度升至1873K时原料相几乎消失,合成了单一相的钆烧绿石。其它条件不变,将保温保压时间延长至60min对钆烧绿石的合成影响不大。说明在5.2GPa、温度1873K、保温保压30min的条件下能合成出单一相的Gd2Zr2O7烧绿石。
对于ZrO2-La2O3体系,在温度范围为1273K~1873K,保温保压时间分别为30、60、120分钟条件下进行了实验研究。实验结果表明La2O3与BN发生了反应,反应产物中没有镧烧绿石的生成,所以BN不能作为ZrO2、La2O3合成镧烧绿石的外保护管。
对于ZrO2-CeO2体系,在温度范围为1473K~1673K,保温保压时间均为30分钟的条件下,当温度为1573K时开始有铈烧绿石生成,得到烧绿石相的百分含量随着温度升高而增加;在温度为1673K时,能够合成含单一相的铈烧绿石。
对于ZrO2-CeO2-Gd2O3体系,用CeO2模拟PuO2在Gd2Zr2O7基材中的固化。以粉体ZrO2、Gd2O3、CeO2为原料,采用与前面所述的ZrO2-Gd2O3相同的合成条件。结果表明,在压力为5.2GPa、温度为1873K和30min的保温保压条件下合成出具有立方烧绿石结构的Gd2Zr1.93Ce0.07O7。
本研究为模拟含钚核废物在Gd2Zr2O7基材中的固化研究提供了一种经济而高效的研究方法。高温高压技术向热等静压技术的演变有希望将来实现玻璃-陶瓷固化含钚核废物的工程化。