Введение к работе
Актуальность работы. К моменту выполнения настоящей работы научный интерес, проявляемым к фосфатам изучаемого состава обуславливался научно и практическим аспектом их изучения.
Получение новых представителей обширного семейства комплексных ортофосфатов циркония, установление их строения, закономерностей изменения в рядах, проявления изоморфизма представляет научный интерес с точки зрения неорганической химии и кристаллохимии. Установление корреляций "состав-структура-свойство" позволяет обоснованно подойти к выявлению прикладного аспекта исследуемых соединений, как ранее изученных, так и впервые полученных.
Комплексные ортофосфаты циркония и материалы из них рассматриваются в качестве основы мннералоподобных керамических матриц нового поколения для локализации опасных отходов, в том числе радиоактивных, как ион-проводяшие материалы, а также как вещества с низкими коэффициентами термического расширения, как катализаторы и носители катализаторов, как твердая керамика для режущих инструментов. Поэтому синтез комплексных ортофосфатов циркония и систематическое изучение их физико-химических свойств, а также создание перспективных технологических материалов на основе исследуемых соединений представляется весьма актуальным.
Основная цель работы. Представленная диссертационная работа посвящена вопросам получения и изучения комплексных ортофосфатов циркония с 1-, 2- и 3-валентными элементами, исследованию химизма процессов синтеза и влияния условий (температуры, давления, присутствия растворителя: водного раствора, расплава) на состав и строение полученных фаз, изучению крисгаллохимических закономерностей в рядах синтезированных фосфатов, выявлению концентрационных и температурных границ устойчивости фаз, обладающих структурой, подобной структуре ортофосфата натрия-циркония состава NaZrj(P04)j [NZP], исследованию некоторых физико-химических свойств.
При получении и изучении комплексных фосфатов циркония использовали наряду с другими также методы, характерные для получения минералов, и исследования их в "модельных" условиях земной коры.
Представленная диссертационная работа выполнена с применением современных методов исследования, таких как рентгенофазовый анализ,
ИК спектроскопия, термогравиметрия, электронно-зондовый микроанализ, метод электронного парамагнитного резонанса, высокотемпературная рентгенография, атомно-абсорбционный анализ. Обработка полученных результатов проведена с привлечением компьютерных средств.
Научная новизна работы. Впервые получены новые ряды фосфатов
щелочных, щелочноземельных, 3-, 4-, 5-валентных d-и f-элементов. Про
ведено их кристаллографическое исследование. Выявлены области изо
морфных замещений, морфотропные переходы в синтезированных рядах
комплексных ортофосфатов циркония с различной катионной частью.
Изучено воздействие различных видов энергии (температура, давление,
радиация и т.д.) как в процессе синтеза, так и на свойства конечного
фосфатного продукта. Предложено систематизирование как ранее изу
ченных, так и впервые полученных фосфатов, по структурному типу
NaZr2(P04)3. Установлены новые характеристики устойчи-
вости синтезированных фаз структуры NZP при действии температуры, радиации, давления, гидротермальных условий.
Практическая значимость работы. Научно обоснована разработка методик синтеза фосфатов структуры NZP с заданными свойствами; результаты исследования открывают возможности практического использования изученных соединений.
Разработанные методы синтеза керамических фосфатов могут быть положены в основу технологии отверждения водных и солевых радиоактивных отходов с высоким содержанием щелочных элементов. Они рекомендованы для предприятий отрасли (ГНЦ РФ: НИИ Атомных Реакторов, Волгодонским филиал ВНИИ Атомного Машиностроения).
Определение термо-механических характеристик, испытания на
прочность, твердость керамических образцов выполнены в ГНЦ РФ:
Физико-энергетический институт (г.Обнинск) и АО
"Машиностроительный завод" (г.Электросталь). Полученные результаты используются в совместных НИР при разработке технологических условий получения керамик с низким тепловым расширением, в том числе для керамических режущих материалов.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались в количестве 14 докладов на 6 Международных (Нижний Новгород-1993, Градо-1994, Берлин-1995, Манхейм-1996, Осака-1996, Йокогама-1997) и 7 Российских (Дубна-1994, Москва-
J 995, Санкт-Петербург-1995, Нижний Новгород-1995, Москва-1996, Нижний Новгород-1996, Москва-1997) конференциях но кристаллохимии, радиохимии и термическому анализу.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, принято в печать 3 статьи в Журнале структурной химии, Неорганические материалы и Радиохимия.
Объем и структура. Диссертационная работа изложена на 125 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа содержит 19 таблиц и 30 рисунков. Список литературы включает 105 ссылок на работы отечественных и зарубежных авторов.
Экспериментальная работа по синтезу и исследованию веществ была выполнена диссертантом на кафедре строения вещества Нижегородского государственного университета, а также в лаборатории радиоэкологии Института экспериментальной минералогии РАН (п.Черноголовка). Часть экспериментов и анализов были выполнены в Московском научно-производственном объединении "Радон" (г.Москва), Г'НЦ РФ: Физико-энергетический институт (г.Обнинск), ЛО "Машиностроительный завод" (г.Электростзль) и НИИ химии при Нижегородском государственном университете им.НИ.Лобачевского.