powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2016-4-68-75powder-256Research ArticleПористые материалы и биоматериалыPorous Materials and BiomaterialsСОСТАВ И СТРОЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ВЫСОКОПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ, СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ОКСИДОМ ИТТРИЯCOMPOSITION AND STRUCTURE OF THE SURFACE OF HIGHLY POROUS MATERIALS BASED ON ZIRCONIA STABILIZED WITH YTTRIAПорозоваС. Е.PorozovaS. E.

докт. техн. наук, профессор кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин» ПНИПУ, ст. науч. сотр. Научного центра порошкового материаловедения (НЦПМ) ПНИПУ

Dr. Sci. (Tech.), prof., Department of materials, technology and design of machines, Perm National Research Polytechnic University (PNRPU), senior researcher of the Centre of powder material science of PNRPU

keramik@pm.pstu.ac.ruСметкинА. А.SmetkinA. A.

канд. техн. наук, доцент кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин» ПНИПУ, ст. науч. сотр. НЦПМ

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department of materials, technology and design of machines, PNRPU, senior researcher of the Centre of powder material science of PNRPU

solid@pm.pstu.ac.ruСолнышковИ. В.SolnyshkovI. V.

аспирант кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин»  ПНИПУ, мл. науч. сотр. НЦПМ

postgraduate student, Department of materials, technology and design of machines, PNRPU, senior researcher of the Centre of powder material science of PNRPU

arshava59@mail.ruПермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)РоссияPNRPURussian Federation201603022017046875Copyright © Порозова С.Е., Сметкин А.А., Солнышков И.В., 20172017Порозова С.Е., Сметкин А.А., Солнышков И.В.Porozova S.E., Smetkin A.A., Solnyshkov I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://powder.misis.ru/jour/article/view/256

Методом дублирования полимерной матрицы получены высокопористые проницаемые материалы из нанопорошков диоксида циркония, стабилизированного 2, 3 и 7 мол.% оксида иттрия. Показано, что поверхность образцов имеет сложный рельеф, образованный спеченными агломератами порошков, полученными в результате агломерационной обработки. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния установлено, что фазовый состав поверхности материалов идентичен фазовому составу исходных нанопорошков и во всех исследованных случаях представлен только тетрагональной модификацией. Показано, что при нанесении никеля (активного каталитического компонента) из растворов нитрата никеля или осаждением металлического никеля на поверхностях ZrO2, стабилизированного 3 мол.% Y2O3, появляется моноклинная модификация. На поверхности высокопористых образцов из ZrO2, стабилизированного 2 и 7 мол.% Y2O3, идентифицируется только тетрагональная модификация. С помощью операции разложения пиков зафиксирован сдвиг интегральной интенсивности пиков в сторону линий, характерных для моноклинной модификации.

Highly porous permeable materials were obtained from zirconia nanopowders stabilized with 2, 3 and 7 mol.% of yttria by duplicating the polymer matrix. It was found that samples feature a complex surface relief formed by sintered powder agglomerates obtained as a result of sintering treatment. Raman spectroscopy showed that the phase composition of material surfaces is identical to the phase composition of initial nanopowders and was only presented by the tetragonal modification in all the reviewed cases. The study demonstrated that the application of nickel (active catalytic component) from nickel nitrate solutions or by metallic nickel deposition on the surface of ZrO2 stabilized with 3 mol.% of Y2O3 led to a monoclinic modification. Only tetragonal modification was identified on the surface of highly porous ZrO2 samples stabilized with 2 and 7 mol.% of Y2O3. The peak decomposition procedure recorded a shift in the integrated intensity of peaks towards the lines typical for monoclinic modification.

диоксид цирконияоксид иттрияповерхностьфазовый составтетрагональная модификациямоноклинная модификацияКР-спектрыникельzirconiayttriasurfacephase compositiontetragonal modificationmonoclinic modificationRaman spectranickelReferencesStudart André R., Gonzenbach Urs T., Tervoort Elena, Gauckler Ludwig J. Processing routes to macroporous ceramics: A review // J. Am. Ceram. Soc. 2006. Vol. 89. No. 6. P. 1771—1789. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2006.01044.x.Studart André R., Gonzenbach Urs T., Tervoort Elena, Gauckler Ludwig J. Processing routes to macroporous ceramics: A review. J. Am. Ceram. Soc. 2006. Vol. 89. No. 6. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2006.01044.x.Пояснительная записка к дорожной карте «Нано-технологии и наноматериалы для развития атомного энергопромышленного комплекса». URL: http:// www.rusnano.com/investment/roadmap/atom (дата обращения: 30.07.2015).Poyasnitel’naya zapiska k dorozhnoi karte «Nanotekhnologii i nanomaterialy dlya razvitiya atomnogo energopromyshlennogo kompleksa» [Explanatory note to the road map «Annan’s Nanotechnology and-rials for nuclear energy development»]. URL: http://www.rusnano.com/ investment/roadmap/atom (accessed: 30.07.2015).Sufizar Ahmad, Marziana Abdoll Latif, Hariati Taib, Ah-mad Fauzi Ismail. Short review: Ceramic foam fabrication techniques for wastewater treatment application // Adv. Mater. Res. 2013. Vol. 795. P. 5—8. DOI: 10.4028/www. scientific.net/AMR.795.5.Sufizar Ahmad, Marziana Abdoll Latif, Hariati Taib, Ah-mad Fauzi Ismail. Short review: Ceramic foam fabrication techniques for wastewater treatment application. Adv. Mater. Res. 2013. Vol. 795. P. 5—8. DOI: 10.4028/www. scientific.net/AMR.795.5.Colombo P. Conventional and novel processing methods for cellular ceramics // Philos. Trans. Royal Soc. A. 2006. Vol. 364. P. 109—124. DOI:10.1098/rsta.2005.1683.Colombo P. Conventional and novel processing methods for cellular ceramics. Philos. Trans. Royal Soc. A. 2006. Vol. 364. P. 109—124. DOI: 10.1098/rsta.2005.1683.Valdevit Lorenzo, Jacobsen Alan J., Greer Julia R., Carter William B. Protocols for the optimal design of multi-functional cellular structures: From hypersonics to micro-architected materials // J. Am. Ceram. Soc. 2011. Vol. 94. P. 15—34. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04599.x.Valdevit Lorenzo, Jacobsen Alan J., Greer Julia R., Carter William B. Protocols for the optimal design of multi-functional cellular structures: From hypersonics to micro-architected materials. J. Am. Ceram. Soc. 2011. Vol. 94. P. 15—34. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04599.x.Schwartzwalder Karl, Somers Arthur V. Method of making porous ceramic ar ticles: Pat. 3090094 (USA). 1963.Schwartzwalder Karl, Somers Arthur V. Method of making porous ceramic ar ticles: Pat. 3090094 (USA). 1963.Vakifahmetoglu C., Menapace I., Hirsch A., Biasetto L., Hauser R., Riedel R., Colombo P. Highly porous macro- and micro-cellular ceramics from a polysilazane precursor // Ceram. Int. 2009. Vol. 35. P. 3281—3290. DOI: 10.1016/j. ceramint.2009.05.022.Vakifahmetoglu C., Menapace I., Hirsch A., Biasetto L., Hauser R., Riedel R., Colombo P. Highly porous macro- and micro-cellular ceramics from a polysilazane precursor. Ceram. Int. 2009. Vol. 35. P. 3281—3290. DOI: 10.1016/j. ceramint.2009.05.022.Sister V.G., Ivannikova E.M., Semin M.A., Egorov A.A. Preparation of highly porous cellular glass materials in the field of pyroxene crystallization // Chem. Pet. Eng. 2011. Vol. 46. No. 9—10. P. 631-633. DOI: 10.1007/s10556-011-9386-1.Sister V.G., Ivannikova E.M., Semin M.A., Egorov A.A. Preparation of highly porous cellular glass materials in the field of pyroxene crystallization. Chem. Petr. Eng. 2011. Vol. 46. No. 9—10. P. 631—633. DOI: 10.1007/ s10556-011-9386-1.Добровольский А.Г. Шликерное литье. М.: Металлургия, 1977.Dobrovol’skii A.G. Shlikernoe lit’e [Slip casting]. Moscow: Metallurgiya, 1977.Высокопористые проницаемые материалы / Науч. ред. В.Н. Анциферов. Екатеринбург, УрО РАН, 2002.Vysokoporistye pronitsaemye materialy [Highly porous permeable materials]. Ed. V.N. Antsiferov. Ekaterinburg: UrO RAN, 2002.Sifontes A.B., Urbina M., Fajardo F., Melo L., Garcia L., Mediavilla M.,. Carrión N., Brito J.L., Hernández P., Sola-no R., Melas G., Quintero A. Preparation of γ-alumina foams of high surface area employing the polyuretane spronge replica method // Latin Am. Appl. Res. 2010. Vol. 40. No. 2. P. 185—191.Sifontes A.B., Urbina M., Fajardo F., Melo L., Garcia L., Me-diavilla M.,. Carrión N., Brito J.L., Hernández P., Solano R., Melas G., Quintero A. Preparation of γ-alumina foams of high surface area employing the polyuretane spronge replica method. Latin Am. Appl. Res. 2010. Vol. 40. No. 2. P. 185—191.Анциферов В.Н., Макаров А.М., Остроушко А.А. Высокопористые проницаемые ячеистые материалы — перспективные носители катализаторов. Екатеринбург: УрО РАН, 2006.Antsiferov V.N., Makarov A.M., Ostroushko A.A. Vysokoporistye pronitsaemye yacheistye materialy — perspektivnye nositeli katalizatorov [Highly porous permeable cellular materials — promising catalysts]. Ekaterinburg: UrO RAN, 2006.Labaki M., Lamonier J.-F., Siffert S., Zhilinskaya E.A., Aboukaïs A. Total oxidation of propene and toluene on copper/yttrium doped zirconia // Kinet. Catal. 2004. Vol. 45. No. 2. P. 227—233. DOI: 10.1023/B:KICA. 0000023796.52228.44.Labaki M., Lamonier J.-F., Siffert S., Zhilinskaya E.A., Aboukaïs A. Total oxidation of propene and toluene on copper/yttrium doped zirconia. Kinet. Catal. 2004. Vol. 45. No. 2. P. 227—233. DOI: 10.1023/B:KI-CA.0000023796.52228.44.Ayastuy J.L., Gurbani A., González-Marcos M.P., Gutiérrez-Ortiz M.A. Selective CO oxidation in H2 streams on CuO/Ce<sub>x</sub>Zr<sub>1-x</sub>O<sub>2</sub> catalysts: Correlation between activity and low temperature reducibility // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. Iss. 2. P. 1993—2006. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.04.178Ayastuy J.L., Gurbani A., González-Marcos M.P., Gutiérrez-Ortiz M.A. Selective CO oxidation in H<sub>2</sub> streams on CuO/Ce<sub>x</sub>Zr<sub>1-x</sub>O<sub>2</sub> catalysts: Correlation between activity and low temperature reducibility // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. Iss. 2. P. 1993—2006. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.04.178Antsiferov V.N., Porozova S.E., Kul’met’eva V.B. Effect of water soluble polymer additives on the phase composition and size of zirconia particles during precipitation from salt solutions // Glass Phys. Chem. 2012. Vol. 38. No. 3. P. 322—326. DOI: 10.1134/S1087659612030029.Antsiferov V.N., Porozova S.E., Kul’met’eva V.B. Effect of water soluble polymer additives on the phase composition and size of zirconia particles during precipitation from salt solutions. Glass Phys. Chem. 2012. Vol. 38. No. 3. P. 322—326. DOI: 10.1134/S1087659612030029.Porozova S.E., Solnyshkov I.V., Kul’met’eva V.B., Shokov V.O. Features of ZrO<sub>2</sub>—Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> system nanopowders with a different Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> content // Refract. Ind. Ceram. 2015. Vol. 56. No. 4. P. 333—336. DOI: 10.1007/s11148-015-9843-z.Porozova S.E., Solnyshkov I.V., Kul’met’eva V.B., Shokov V.O. Features of ZrO<sub>2</sub>—Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> system nanopowders with a different Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> content // Refract. Ind. Ceram. 2015. Vol. 56. No. 4. P. 333—336. DOI: 10.1007/s11148-015-9843-z.Galakhov A.V. Agglomerates in nanopowders and ceramic technology // Refract. Ind. Ceram. 2009. Vol. 50. No. 5. P. 348—353. DOI: 10.1007/s11148-010-9212-x.Galakhov A.V. Agglomerates in nanopowders and ceramic technology. Refract. Ind. Ceram. 2009. Vol. 50. No. 5. P. 348—353. DOI: 10.1007/s11148-010-9212-x.Zigan’shin I.R., Porozova S.E., Karmanov V.I., Torsunov M.F., Hafizova R.M. Change in the characteristics of the industrial powder of zirconium oxide and materials based on it by mechanochemical activation // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2010. Vol. 51. No. 4. P. 337—341. DOI: 10.3103/S1067821210040140.Zigan’shin I.R., Porozova S.E., Karmanov V.I., Torsunov M.F., Hafizova R.M. Change in the characteristics of the industrial powder of zirconium oxide and materials based on it by mechanochemical activation. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2010. Vol. 51. No. 4. P. 337—341. DOI: 10.3103/ S1067821210040140.Ghosh A., Suri A.K., Pandey M., Thomas S., Mohan T.R.R., Rao B.T. Nanocrystalline zirconia-yttria system — a Ra-man study // Mater. Lett. 2006. Vol. 60. P. 1170—1173. DOI: 10.1016/j.matlet.2005.10.102.Ghosh A., Suri A.K., Pandey M., Thomas S., Mohan T.R.R., Rao B.T. Nanocrystalline zirconia-yttria system — a Ra-man study. Mater. Lett. 2006. Vol. 60. P. 1170—1173. DOI: 10.1016/j.matlet.2005.10.102.Liang Bo, Ding Chuanxian, Liao Hanlin, Coddet Christian. Study on structural evolution of nanostructured 3 mol.% yttria stabilized zirconia coatings during low temperature ageing // J. Eur. Ceram. Soc. 2009. Vol. 29. Iss. 11. P. 2267—2273. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.01.002.Liang Bo, Ding Chuanxian, Liao Hanlin, Coddet Christian. Study on structural evolution of nanostructured 3 mol.% yttria stabilized zirconia coatings during low temperature ageing. J. Eur. Ceram. Soc. 2009. Vol. 29. Iss. 11. P. 2267— 2273. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.01.002.Ямпольский А.М. Меднение и никелирование / Под ред. М.П. Вячеславова. 4-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1977.Yampolskii A.M. Mednenie i nikelirovanie [The copper plating and nickel plating]. Ed. M.P. Vyacheslavov. Lenin-grad: Mashinostroenie. Leningradskoe otdelenie, 1977.Kumari Latha, Du G.H., Li W.Z., Vennila R. Selva, Saxena S.K., Wang D.Z. Syntesis, microstructure and optical characterization of zirconium oxide nanostructures // Ceram. Int. 2009. Vol. 35 P. 2401—2408. DOI: 10.1016/j. ceramint.2009.02.007.Kumari Latha, Du G.H., Li W.Z., Vennila R. Selva, Saxena S.K., Wang D.Z. Syntesis, microstructure and optical characterization of zirconium oxide nanostructures. Ceram. Int. 2009. Vol. 35 P. 2401—2408. DOI: 10.1016/j. ceramint.2009.02.007.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.