автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Синтез, структура и свойства кристаллов ZrO2, частично стабилизированных Y2O3

На правах рукописи

Ои^4--

КУЛЕБЯКИН АЛЕКСЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ ЧАСТИЧНО СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ У203

05.27.06 - технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2009

003486672

Работа выполнена в Институте общей физики им. A.M. Прохорова Российской академии наук

Научный руководитель: доктор технических наук

Ломонова Елена Евгеньевна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Воронько Юрий Козьмич (ИОФ РАН)

доктор физико-математических наук Писаревский Юрий Владимирович (ЖРАН)

Ведущая организация: Российский химико-технологический

университет им. Д.И. Менделеева

Защита состоится «21» декабря 2009 года в 15°° часов на заседании диссертационного совета Д 002.063.02 в Институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН по адресу: 119991, Москва, ул. Вавилова, д. 38, кор. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН (ИОФ РАН)

Автореферат разослан «f ? » ноября 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета тел. +7(499)503-83-94

Макаров В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие современной электронной техники тесно связано с поиском новых материалов и технологий. В последние годы резко повысился интерес к структурам "полупроводник на диэлектрике", которые имеют целый ряд преимуществ перед структурами "полупроводник на полупроводнике" и позволяют, в частности, повысить быстродействие и надежность работы интегральных схем, особенно в экстремальных условиях эксплуатации.

Монокристаллы твердых растворов на основе диоксида циркония - К203, где Я-У, 8с, Сс1, ..., Ьи), обладая уникальным сочетанием свойств (высокий коэффициент преломления, большая твердость, тугоплавкость, ионная проводимость), относятся к числу наиболее перспективных диэлектрических материалов не только современной микро- и оптоэлектроники, но и таких важных областей науки и техники как точное приборостроение, авиакосмическая, химическая и электротехническая промышленность, энергетика, медицина и т.д.

В конце 60-х годов XX века в Физическом институте им. П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН) были разработаны основы нового метода получения высокотемпературных материалов - метод направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере с использованием прямого высокочастотного нагрева [1, 2]. Отсутствие ограничений по температурам плавления позволяет использовать этот метод для синтеза монокристаллов на основе диоксида циркония в широком диапазоне составов (1ш -2700 °С). Метод позволяет получать кристаллы как полностью стабилизированного диоксида циркония (фианиты), так и частично стабилизированного (ЧСЦ). Успешная разработка технологии фианитов и создание промышленных серийных установок для их производства привели к широкому внедрению этой технологии не только в России, но и за рубежом.

Имеется большое число работ по исследованию структуры и физико-химических свойств фианитов [3-5]. Показаны преимущества использования фианита перед другими диэлектриками в качестве подложечного материала и буферного слоя для эпитаксии и соединений АП,ВУ [6-8]. Известны работы, посвященные получению и использованию тонких пленок фианита в качестве материала изолирующих слоев (альтернативных 8Ю2, 8Ю, 813Ы4) при создании многослойных структур "полупроводник-диэлектрик". Благодаря высокому значению диэлектрической постоянной (25.0-29.7) [4] весьма перспективным является использование фианита в качестве подзатворного диэлектрика, это обеспечивает снижение токов утечки на 2-3 порядка в приборных структурах [9]. Высокая химическая инертность позволяет использовать пленки из 2г02-материалов в качестве защитных покрытий.

Использование кристаллов ЧСЦ - твердых растворов новых составов на основе диоксида циркония, позволяет расширить возможности согласования структурных параметров решеток подложки и полупроводниковых пленок. Высокие прочностные характеристики этих материалов способствуют повышению надежности работы приборов на основе гетероструктур "полупроводник на диэлектрике". Проведение исследования кристаллов ЧСЦ в этих перспективных направлениях является чрезвычайно актуальным, поскольку способствует широкому практическому применению этих материалов.

Таким образом, твердые растворы на основе ZтOг являются чрезвычайно перспективным многофункциональным материалом новых электронных технологий.

Использование в электронике кристаллов твердых растворов 2г02 -У20з с низким содержанием стабилизирующего оксида (2-5 мол.%) сдерживается из-за недостатка экспериментальных данных по их структурным и физико-химическим свойствам. Имеются данные по исследованию опытных образцов кристаллов ЧСЦ единичных составов. Показано, что структура и свойства кристаллов ЧСЦ зависят от технологических условий синтеза, вида

и концентрации стабилизирующего оксида, дополнительных примесей. Од-

4

нако детально исследование этих зависимостей не проводилось до настоящего времени. Кроме того, для расширения областей практического применения кристаллов ЧСЦ актуальными являются исследования, направленные на выявление корреляции "состав - условия синтеза - структура - свойства", определение оптимальных технологических режимов синтеза для получения крупных кристаллов ЧСЦ с заданными характеристиками и обеспечения стабильности этих характеристик в широком интервале температур.

Цель работы

Целью настоящей диссертационной работы является оптимизация технологии кристаллов ЧСЦ, основанной на методе направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере с использованием прямого высокочастотного нагрева, по результатам исследования зависимости фазового состава, структуры и физико-химических свойств кристаллов от химического состава и условий синтеза.

Научная новизна работы

1. Синтезированы серии кристаллов ЧСЦ составов 7л02 - (0; 2; 2.5; 2.8; 3; 3.2; 3.5; 3.7; 4; 5) мол.% У203 в различных технологических условиях (варьировались объем расплава, скорость кристаллизации, тепловые условия выращивания и режимы термообработки после роста).

2. Определена зависимость фазового состава, микро- и наноструктуры кристаллов ЧСЦ от технологических условий роста и последующей термообработки.

3. Установлено влияние химического состава и условий синтеза на ряд физико-химических свойств кристаллов ЧСЦ: количество и изотопный состав кислорода, плотность, прочностные характеристики.

4. Показано влияние примесей редкоземельных и переходных элементов на процесс роста кристаллов ЧСЦ, их фазовый состав, структуру и свойства.

5. На основе установленных зависимостей размеров, качества и физико-химических свойств кристаллов ЧСЦ от состава исходной шихты и техно-

5

логических условий оптимизирована технология, обеспечивающая получение кристаллов ЧСЦ с требуемым сочетанием физико-химических свойств.

Практическая значимость работы

1. На основании полученных экспериментальных данных выявлена корреляция "состав - условия синтеза - структура - свойства", что позволило оптимизировать технологию кристаллов ЧСЦ с заданными свойствами для конкретного практического применения.

2. По результатам исследования микро- и наноструктуры кристаллов ЧСЦ существенно расширены представления о природе процессов формирования структурированных материалов на основе 7,т02 в результате фазовых превращений, что имеет большое практическое значение для исследования и синтеза новых пленочных и кристаллических технических 2гОг содержащих материалов, в том числе нанокерамики.

3. На количественном и изотопном уровнях определены изменения подвижности кислорода при росте и послеростовой термообработке кристаллов ЧСЦ в зависимости от химического состава, температуры и окислительно-восстановительной среды отжига, что может быть использовано при выборе оптимального состава подложек и условий их отжига, а также при оптимизации температурных режимов эпитаксии предотвращающих диффузию кислорода из подложки в пленку.

4. На основе исследования физико-химических свойств предложены практические применения кристаллов ЧСЦ в электронике и некоторых других областях науки, техники и медицины: подложки для микроэлектроники, детали триботехнического назначения (втулки, фильеры для протяжки проволоки), медицинский инструмент.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях, на научных школах: Всероссийская конференция с элементами молодежной научной школы "Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и примене-

6

ние" (5-я, Саранск, 2006; 6-я, Саранск, 2007; 7-я, Саранск, 2008); Национальная конференция по росту кристаллов (XII НКРК, Москва, 2006; XIII НКРК, Москва, 2008); Первая международная научная школа-семинар "Современные методы анализа дифракционных данных (топография, дифрактометрия, электронная микроскопия)" (Великий Новгород, 2007); VI Всероссийская научная конференция "Керамика и композиционные материалы" (Сыктывкар,

2007); IX Российско-Китайский симпозиум "Новые материалы и технологии" (Астрахань, 2007); Научно-техническая конференция "Инновации в кабельной промышленности - ключ к прогрессу в важнейших отраслях народного хозяйства" (Москва, 2007); 9-ое Международное совещание "Фундаментальные проблемы ионики твердого тела" (Черноголовка, 2008); Six International Conference on Inorganic Materials, (Dresden, Germany, 2008); Научно-практическая конференция "Инновации PAH-2008" (Нижний Новгород,

2008); Международный симпозиум "Перспективные материалы и технологии" (Витебск, Беларусь, 2009).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы представлены в 19 публикациях, указанных в списке литературы. В их числе 14 тезисов докладов и 5 статей, 4 из которых опубликованы в рецензируемых периодических научных журналах.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 164 страницы машинописного текста, включая 91 рисунок, 37 таблиц и список литературы из 116 наименований. В конце каждой главы представлены основные результаты.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы ее цели, защищаемые положения, отмечены научная новизна и практическая значимость работы, приведены сведения об апробации работы и публикациях автора, изложена структура диссертации.

Глава 1 является обзорной. В ней приведены сведения о структуре и свойствах материалов на основе диоксида циркония, представлены существующие методы синтеза высокотемпературных монокристаллов и керамических материалов на основе Ог, отмечены их преимущества и недостатки.

Наиболее перспективным методом синтеза кристаллов гг02 частично стабилизированных оксидом иттрия является метод направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере (ХК) с использованием прямого высокочастотного нагрева. Несомненным достоинством данного метода для синтеза тугоплавких материалов является то, что он позволяет получать расплавы при температурах выше 2000 °С на воздухе, обеспечивает нулевую остаточную пористость и высокую чистоту получаемых материалов, практически безотходен (возможность повторного переплава кристаллических отходов) и не предъявляет особых требований к гранулометрическому составу исходных материалов.

Приведено описание кристаллической структуры диоксида циркония, а также некоторых физико-химических свойств материалов на его основе. Рассмотрены современные представления о механизме и способах стабилизации высокотемпературных фаз Zт02, данные по изучению механизмов упрочнения частично стабилизированного диоксида циркония, объясняющих его высокие прочностные характеристики.

В Главе 2 изложены особенности выращивания кристаллов ЧСЦ методом направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере с использованием прямого высокочастотного нагрева, результаты количественного химического анализа, а также условия послеростовой термообработки выращенных кристаллов.

На первом этапе работы была выращена серия кристаллов ЧСЦ с концентрацией стабилизирующего оксида иттрия от 0 до 5.0 мол.% на ростовой установке "Кристалл-407" с диаметром ХК 130 мм. Исследовалось влияние химического состава (концентрации У203 и дополнительных примесей редкоземельных и переходных элементов), условий роста (скорости роста, высоты нижнего теплового экрана) на процесс роста и совершенство кристаллов ЧСЦ (размеры кристаллов, отсутствие трещин, однородность распределения У203). Выявлено, что для выращивания крупных бездефектных кристаллов ЧСЦ с гладкими поверхностями граней наиболее благоприятными являются следующие условия: концентрация стабилизатора 2.5-4.0 мол.% У2Оз, скорость роста 10 мм/ч, высота нижнего теплового экрана (40 мм).

На основе полученных закономерностей разработана и оптимизирована технология кристаллов ЧСЦ на промышленной установке "Кристалл-403" с диаметром ХК 400 мм. Синтезирована серия кристаллов ЧСЦ в диапазоне составов определенном на первом этапе работы, экспериментальным путем подобраны оптимальные технологические режимы и уточнен диапазон концентраций У203, обеспечивающие получение крупных высококачественных кристаллов. Кристаллы с поперечным сечением до 50 мм и длиной до 100 мм получали при 2.8-3.7 мол.% У203, скорости роста 10 мм/ч, высоте нижнего теплового экрана 100-120 мм.

Исследования химического состава выращенных кристаллов ЧСЦ рентгеноспектральным методом показали равномерное распределение основных компонентов твердого раствора, но возможны локальные отклонения концентрации У203 в пределах ±0.5 мол.%. Эффективный коэффициент распределения оксида иттрия в кристаллах 2г02 - (2.5-4.0) мол.% У2Оэ оказался больше единицы (1.001-1.150), что соответствует равновесной фазовой диаграмме для данного состава.

В Главе 3 приведены данные о фазовом составе синтезированных кристаллов ЧСЦ, полученные методами комбинационного рассеяния света (КРС) и рентгенофазового анализа (РФА).

Для объемных образцов всего исследуемого диапазона составов (2.54.0 мол.% У203) характерна тетрагональная структура. В порошкообразных образцах до концентрации 3.5 мол.% У203 наблюдаются следы моноклинной фазы, при 4.0 мол.% присутствует только высокосимметричная фаза (рис. 1).

Рис. 1. Рентгеновские дифрактограммы порошкообразных образцов кристаллов ЧСЦ с различным содержанием У203 Обнаружено, что в кристаллах ЧСЦ существуют две тетрагональные фазы: обогащенная У20з нетрансформируемая 1'-фаза и обедненная У203 трансформируемая Ьфаза, которая при приложении механической нагрузки переходит в моноклинную фазу, о чем свидетельствуют спектры КРС полученные при сравнительном исследовании порошкообразных и объемных образцов (рис. 2). Определены параметры элементарных ячеек этих фаз и степени их тетрагональное™ (с/а). Степень тетрагональное™ Г-фазы - 1.00631.0067, с/аьфазы изменяется в пределах 1.0141-1.0149.

«1

ДУ, ст'

Рис. 2. Спектры КРС образцов кристаллов ЧСЦ стабилизированных 3 мол.%.У203 до измельчения (1) и после измельчения (2) По результатам рентгенодифрактометрического анализа показано, что ширина дифракционных линий зависит от концентрации У203 в исследуемом образце. Максимальное уширение линии (600) наблюдается в образце Zr02 -3.2 мол.% У203 (рис. 3), что может быть связано с малыми размерами областей когерентного рассеяния.

а) " ......~ " ..........б)

Рис. 3. Участок дифрактограммы образцов 2г02 - х мол.% У203 в области дифракционного максимума (600), где х: а) 3.2; б) 3.7 Изменение скорости роста от 3 до 40 мм/ч не оказывает существенного влияния на фазовый состав тетрагональных кристаллов ЧСЦ, лишь в отдельных случаях при 2.5 мол.% У203 на заключительной стадии роста наблюдаются участки кристалла с моноклинной фазой.

При введении дополнительных примесей Со, №, Мп, Си, Се, N<1, Ег в концентрации до 0.6 вес.% в кристаллах ЧСЦ присутствует только тетрагональная фаза.

Глава 4 посвящена исследованию микро- и наноструктуры кристаллов

ЧСЦ.

Микроструктуру выращенных кристаллов ЧСЦ изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии по морфологии ростовой поверхности кристаллов. Выявлено, что характер структуры зависит как от химического состава (рис. 4), так и от технологических условий выращивания (скорости роста, высоты нижнего теплового экрана).

Рис. 4. Вид поверхности ростовых граней кристаллов 2г02 -х мол.% У20з, где х: а) 0; б) 2.0; в) 2.5; г) 3.0; д) 3.5; е) 4.0 В структуре образцов с концентрацией оксида иттрия 0-2.0 мол.% обнаруживается большое количество трещин, вызванных тетрагонально-моноклинным переходом. При увеличении концентрации стабилизирующего оксида наблюдается уменьшение размеров структурных элементов. Характер структуры меняется от типично твидовой (2.5-3 мол.%) до гладкой (3.54 мол.%), на которой встречаются отдельные участки с ярко выраженной микроструктурой.

Экспериментально установлено, что равномерная микроструктура кристаллов формируется при использовании высокого нижнего теплового экрана

12

(40 мм на установке "Кристалл-407") и скорости роста 10 мм/ч. При увеличении скорости выращивания от 10 до 40 мм/ч поверхность кристаллов становится более матовой, главным образом за счет всевозможных дефектов роста (ступени, слои, бугорки). Уменьшение скорости роста (<10 мм/ч) приводит к увеличению размеров поперечного сечения кристаллов сопровождающимся их растрескиванием.

Исследования наноструктуры выращенных кристаллов ЧСЦ проводили методом просвечивающей электронной микроскопии. Показано, что кристаллы во всем исследуемом диапазоне составов являются монокристаллическими с развитой доменной двойниковой структурой. Домены, имеющие размеры от единиц до сотен нанометров, путем двойникования по плоскостям типа {110}, наклонным к оси четвертого порядка, образуют колонии (рис. 5).

Рис. 5. Изображение наноструктуры образца 1х02 - 2.8 мол.% У203 Предполагается, что процесс двойникования идет до тех пор, пока в образце остаются упругие напряжения, достаточные для двойникования. Начиная формироваться при 2.5 мол.% У203 данная структура, при 4.0 мол.% У203, встречается лишь на отдельных участках. Замечено, что при 3.2 мол.% У203 наблюдается наиболее дисперсная структура, что согласуется с увеличением ширины дифракционных максимумов, полученных при фазовом анализе кристаллов этого состава.

Установлено, что характер микроструктуры ростовой поверхности дает

представление о внутренней структуре материала на наноразмерном уровне.

13

Элементы микроструктуры кристаллов ЧСЦ представляют собой результат укрупнения элементов внутренней структуры колоний доменов (рис. 6).

Рис. 6. Изображение микроструктуры (а) и наноструктуры (б) образца гю2 - 3.2 мол.% У203

Отмечено, что введение ряда примесей (Се, N(1, Ег, Рг) приводит к уменьшению размеров структурных элементов кристаллов ЧСЦ до (0.1-0.3) мкм в поперечном сечении и (2-3) мкм в длину, что на порядок меньше по сравнению с нелегированными кристаллами.

В Главе 5 представлены результаты исследования ряда физико-химических свойств кристаллов ЧСЦ: перераспределение кислорода при росте и термообработке кристаллов, плотность, прочностные характеристики.

Впервые для исследования кристаллов ЧСЦ был применен метод количественно-изотопного анализа кислорода, основанный на использовании индикаторных свойств тяжелого стабильного изотопа кислорода 180 на уровне его естественной распространенности [10]. Была разработана методика подготовки из кристаллов ЧСЦ порошкообразных образцов обеспечивающая сохранность исходной информации о количестве и изотопном составе кислорода. С учетом специфики физико-химических свойств кристаллов ЧСЦ разработана методика полной деструкции образцов путем реакции фторирования при нагревании в вакууме. Регламент фторирования (400 °С, 30 мин) обеспечивает количественное (100%-ое) выделение 02 из исследуемых образцов для прецизионного масс-спектрометрического анализа.

Результаты количественного анализа кислорода в кристаллах ЧСЦ подтвердили механизм образования твердых растворов замещения, при котором У+3 замещает Хт+А с образованием кислородных вакансий в анионной подре-шетке. При увеличении концентрации У203 наблюдается уменьшение количества кислорода по сравнению со смесью исходных оксидов Ъс02 и У203 (шихтой), что соответствует теоретическим расчетам (рис. 7).

Рис. 7. Количество кислорода в шихте и кристаллах твердого раствора 2г1.хУх02.х/2

Изотопный состав кислорода в исследуемом образце принято представлять в виде величины 5180, характеризующей относительную разницу изотопных отношений 180/160 в образце и в изотопном стандарте с известной величиной |80/1б0, которому соответствует нулевая точка на шкале 6180: 5'80 = [(,80/|б0)0бр. - (180/160)ст] / (''ОЛО)^ • 103, %о Результаты изотопного анализа кислорода показывают, что при увеличении концентрации У203 в кристаллах ЧСЦ происходит их обеднение изотопом ,80 (рис. 8). Монотонный характер изменения 5180 нарушается в интервале 3.0-3.7 мол.% У203, в пределах которого наблюдается четко выраженный минимум при 3.2 мол.% У203, что отражает структурные особенности материала и хорошо согласуется с данными рентгенофазового анализа и просвечивающей электронной микроскопии. Таким образом, показано, что изотопный состав кислорода чувствителен к структурным и фазовым изменениям в кристаллах ЧСЦ в зависимости от химического состава.

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4.5 5 Концентрация У:03, мол.%

Рис. 8. Зависимость изотопного состава кислорода кристаллов ЧСЦ от концентрации У203 Исследование перераспределения кислорода при термообработке кристаллов ЧСЦ разного состава подтверждает, что изотопный состав кислорода изменяется в зависимости от окислительно-восстановительных условий и температуры. Наибольшей подвижностью при отжиге также характеризуются кристаллы с 3.2-3.7 мол.% У203.

Экспериментально показано, что для кристаллов ЧСЦ характерны высокие прочностные характеристики. Прочностные свойства кристаллов ЧСЦ определялись испытаниями на изгиб по трехточечной схеме, сжатие и тре-щиностойкость, а также была измерена микротвердость кристаллов методом индентирования пирамидки Виккерса (табл. 1).

Таблица 1

Прочностные характеристики кристаллов ЧСЦ

Содержание У203, мол.% Предел прочности на изгиб, МПа Предел прочности на сжатие, МПа Микротвердость, ГПа Трещино-стойкость К1с, МПа'м05

2.5 1071 2640 12.3 11

3 880 2203 14.7 10.4

3.5 630 2145 15.1 9

4 561 1845 11.9 7.2

Согласно полученным кристаллы ЧСЦ являются перспективными материалами не только для электроники, но и как конструкционный материал, т.к. по некоторым показателям значительно превосходит многие кристаллические материалы, в том числе керамические.

Методом гидростатического взвешивания измерена плотность синтезированных кристаллов ЧСЦ. Наблюдается хорошие соответствия полученных данных с приведенными в литературе экспериментальными и теоретическими значениями плотности кристаллов ЧСЦ (табл. 2), что свидетельствует о высоком качестве кристаллов и их беспористости.

Таблица 2

Плотность кристаллов ЧСЦ

Содержание У203, мол.% Плотность, г/см3 Данные из [11]

шихта | кристалл эксп. эксп. теор.

1.7 5.8420 6.1140

2.5 2.279 5.8732

2.390 5.8471

2.671 6.0768

2.8 6.0850 6.0875

3.0 2.940 6.0758

2.970 6.0657

3.095 6.0719

3.1 6.0770 6.0805

3.5 3.252 6.0684

3.336 6.0475

3.4 6.0750 6.0734

3.9 6.0490 6.0618

4.0 | 4.067 6.0518

В Заключении диссертационной работы сформулированы основные результаты:

1. Установлены технологические режимы синтеза кристаллов ЧСЦ методом направленной кристаллизации расплава с использованием прямого высокочастотного нагрева в холодном контейнере. Определены оптимальные условия для роста кристаллов ЧСЦ на установках с разным диаметром холодного контейнера (ХК). Для установки "Кристалл-407" с диаметром хо-

лодного контейнера 130 мм рекомендуемая скорость роста 10 мм/ч, высота нижнего теплового экрана 40 мм и масса загружаемого материала около 6 кг. Для получения крупных кристаллов ЧСЦ (поперечное сечение до 50 мм, высота до 100 мм) из ХК диаметром 400 мм оптимальным режимом является скорость роста 8-12 мм/ч, высота нижнего теплового экрана 100-120 мм и масса полной загрузки -90 кг.

2. Определены оптимальные диапазоны составов исходной шихты, в пределах которых обеспечивается высокое качество кристаллов ЧСЦ (отсутствие трещин, однородность химического и фазового состава, оптимальная микро- и наноструктура): 2.5-4.0 мол.% У203 для ростовой установки с диаметром ХК 130 мм и 2.8-3.7 мол.%. У203 для ростовой установки с диаметром ХК 400 мм.

3. По результатам исследования фазового состава показано, что в кристаллах ЧСЦ присутствуют две фазы тетрагональной модификации диоксида циркония: нетрансформируемая 1:'-фаза со степенью тетрагонапьности (с/а) 1.0063-1.0067 и трансформируемая 1-фаза с с/а = 1.0141-1.0149. Установлено, что кристаллы ЧСЦ имеют развитую двойниковую структуру, состоящую из доменов размерами от единиц до сотен нанометров. Данная структура начинает формироваться при 2.5 мол.% У2О3, а при 4.0 мол.% встречается лишь на отдельных участках. Показано, что микроструктура ростовой поверхности кристаллов отражает характер их внутренней наноструктуры и представляет собой результат укрупнения ее элементов.

4. Впервые проведенный количественно-изотопный анализ кислорода в кристаллах ЧСЦ подтвердил механизм образования твердых растворов замещения в системе 2Ю2 - У203. Экспериментально показано, что поведение кислорода в кристаллах ЧСЦ чувствительно к изменению их структуры обусловленном изменением состава. Величина 6|80, отражающая соотношение изотопов кислорода в кристалле, изменяется от +9.9%о для чистого 7г02 до +7.8%о для кристалла с 5.0 мол.% У203, при 3.2 мол.% У203 наблюдается

четко выраженный минимум (+6.6%о), что свидетельствует о структурных

18

особенностях материала. В процессе послеростового отжига кристаллов ЧСЦ также происходит изменение количества и изотопного состава кислорода в зависимости от состава и условий.

5. Выявлено, что введение дополнительных примесей редкоземельных и переходных элементов (Се, Рг, N<1, ТЬ, Ег, Мп, Со, N5, Си) в концентрации до 0.6 вес.% не изменяет фазовый состав тетрагональных кристаллов ЧСЦ. Показано, что введение примесей Се, N<1, Ег, Рг и их сочетаний приводит к повышению прочности и трещиностойкости кристаллов ЧСЦ. Это обусловлено уменьшением размеров структурных элементов кристаллов ЧСЦ до (0.1-0.3) мкм в поперечном сечении и (2-3) мкм в длину, что на порядок меньше по сравнению с нелегированными кристаллами, характер микроструктуры при этом остается неизменным.

Список цитируемой литературы

1. Александров В.И., Осико В.В., Татарннцев В.М. Синтез лазерных материалов из расплава методом прямого ВЧ-плавления в холодном контейнере // Отчет ФИАН, М„ 1968. С. 3-51.

2. Александров В.И., Осико В.В., Прохоров A.M., Татаринцев В.М. Получение высокотемпературных материалов методом прямого высокочастотного плавления в холодном контейнере // Успехи химии, X, VII, 1978. 3. С. 385-427.

3. Ломонова Е.Е. Технология, свойства и применение кристаллов на основе диоксида циркония // Диссертация на соискание уч. степ. док. тех. наук, М„ ИОФАН, 2001.

4. Кузьминов Ю.С., Ломонова Е.Е., Осико В.В. Тугоплавкие материалы из холодного тигля. - М.: Наука, 2004. 369 с.

5. Гогоци Г.А., Ломонова Е.Е., Осико В.В. Изучение механических характеристик монокристаллов диоксида циркония, предназначенных для конструкционных применений // Огнеупоры, 1991. № 8. С. 14-17.

6. Mercandalli L.M., Diemegand D., Crose M., Sierka Y. Recent progress in epitaxial growth of semiconducting materials on stabilized zirconia single crystals. // Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng., 1986. V. 623, P. 183-210.

7. Бузынин A.H., Осико B.B., Воронько Ю.К., Лукьянов А.Е., Бузы-нин Ю.Н., Беляев А.В., Дроздов Ю.Н. Пленки GaN и GaNAs на подложках монолитного и пористого Si и GaAs с подслоем фианита // Изв. РАН, сер. физическая, 2005. Т. 69. № 4. С. 211-217.

8. Nakamura Т., Tokumotoa У., Katayamaa R., et. al. RF-MBE growth and structural characterization of cubic InN films on yttria-stabilized zirconia (001) substrates Hi. of Crystal Growth, 2007. V. 301-302. P. 508-512.

9. Wang SJ., Ong C.K., Xu S.Y., et al. Electrical properties of crystalline YSZ films on silicon as alternative gate dielectrics // Semicond. Sci. Technol. 2001. V. 16. P. L13-L16.

10. Хефс Й. Геохимия стабильных изотопов (пер. с англ.). - М.: Мир,

1983.

11. Ingel R.P. and Lewis D. Lattice Parameters and Density for Y203 - Stabilized Zr02 // J. Am. Ceram. Soc., 1988. V. 71. № 4. P. 261-64.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Борик М.А., Вишнякова М.А., Войцицкий В.П., Кулебякин А.В., Ломонова Е.Е., Мызина В.А., Осико В.В., Панов В.А. Получение и свойства кристаллов ZrOj, частично стабилизированного Y203 // Неорганические материалы, 2007. Т. 43. № 11. С. 1359-1365.

2. Alisin V.V., Borik М.А., Vishnyakova М.А., Kulebyakin A.V., Lomo-nova E.E., Osiko V.V., Pavlov V.G., Panov V.A., Frolov K.V. High-strength and wear-resistant materials based on nanostructured zirconia ciystals (PSZ) // Перспективные материалы, Специальный выпуск, сентябрь 2007. Т. 1. С. 194.

3. Борик М.А., Вишнякова М.А., Жигалина О.М., Кулебякин А.В., Лаврищев С.В., Ломонова Е.Е., Осико В.В. Исследование микро- и наноструктуры кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония // Российские нанотехнологии, 2008. Т. 3. № 11-12. С. 124-129.

4. Кулебякин А.В., Ломонова Е.Е., Медведовская Н.И., Щербаков А.В. Перераспределение кислорода в системе Zr02-Y203 // Электрохимия, 2009. Т. 45. № 4. С. 473-479.

5. Амосова Х.Б., Борик М.А., Вишнякова М.А., Кулебякин А.В., Ломонова Е.Е., Медведовская Н.И., Устинов В.И., Панов В.А., Щербаков А.В. Количественные и изотопные эффекты кислорода в нанокристаллических материалах на основе диоксида циркония // Вестник Мордовского университета, 2007. Серия "Физико-математические науки". № 3. С. 87-94.

6. Борик М.А., Вишнякова М.А., Кулебякин А.В., Ломонова Е.Е., Осико В.В., Панов В.А. Выращивание кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония из расплава и исследование их свойств // Материалы на-но-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение. Сборник трудов 5-й Всероссийской молодежной научной шко-

21

лы, посвященной 75-летию Мордовского Государственного университета имени Н.П.Огарева, Саранск, 2006. С. 132.

7. Борик М.А, Вишнякова М.А., Кулебякин A.B., Лаврищев C.B., Ло-монова Е.Е., Осико В.В., Панов В.А. Исследование кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония методом дифракции обратно рассеянных электронов // Тезисы докладов на XII Национальной конференции по росту кристаллов, НКРК 2006, Москва, 2006. С. 432.

8. Борик М.А., Вишнякова М.А., Жигалина О.М., Кулебякин A.B., Лаврищев C.B., Ломонова Е.Е., Осико В.В. Исследование микро- и наноструктуры кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония // Тезисы докладов на XII Национальной конференции по росту кристаллов, НКРК 2006, Москва, 2006. С. 409.

9. Борик М.А., Вишнякова М.А., Кулебякин A.B., Ломонова Е.Е., Мы-зина В.А., Осико В.В., Панов В.А. Синтез из расплава нанокристаллического материал нового поколения - кристаллов ЧСЦ на основе диоксида циркония и исследование их свойств // Тезисы докладов на XII Национальной конференции по росту кристаллов, НКРК 2006, Москва, 2006. С. 214.

Ю.Борик М.А., Вишнякова М.А., Жигалина О.М., Кулебякин A.B., Лаврищев C.B., Ломонова Е.Е., Осико В.В. Исследование микро- и наноструктуры кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония // Современные методы анализа дифракционных данных (топография, дифракто-метрия, электронная микроскопия). Сборник материалов и программа Первой международной научной школы-семинара, Великий Новгород, 2007. С. 56-58.

П.Алисин В.В., Борик М.А., Кулебякин A.B., Ломонова Е.Е. Влияние химического состава и условий синтеза наноструктурированных кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония (ЧСЦ кристаллы) на три-бологические характеристики // Керамика и композиционные материалы: Доклады VI Всероссийской научной конференции, Сыктывкар, 2007. С. 5-8.

12.Амосова Х.Б., Борик М.А., Вишнякова М.А., Кулебякин A.B., Ломо-нова Е.Е., Медведовская Н.И., Осико В.В., Устинов В.И., Щербаков A.B. Количественно-изотопный анализ кислорода в кристаллах частично стабилизированного диоксида циркония // Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение. Сборник трудов 6-й Всероссийской молодежной научной школы, Саранск, 2007. С. 117.

13.Алисин В.В., Борик М.А., Вишнякова М.А., Войцицкий В.П., Кулебякин A.B., Ломонова Е.Е., Ляпкин С.Ф., Осико В.В. Особо прочные и износостойкие материалы на основе наноструктурированных кристаллов диоксида циркония // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции "Инновации в кабельной промышленности - ключ к прогрессу в важнейших отраслях народного хозяйства", Москва, 2007. С. 58-64.

14.Кулебякин A.B., Ломонова Е.Е., Медведовская Н.И., Щербаков A.B. Перераспределение кислорода в системе Zr02 - У20з // Труды 9-го Международного совещания "Фундаментальные проблемы ионики твердого тела", Черноголовка, 2008. С. 154,356.

15.Kulebyakin A.V., Lomonova Е.Е., Medvedovskaya N.I. Oxygen Mobility in Solid Solution Crystals Based on Zirconia // Six International Conference on Inorganic Materials, Delegate manual, Dresden, Germany, 2008. P. 3-130.

16.Алисин B.B., Борик M.A., Вишнякова M.A., Войцицкий В.П., Жигалина О.М., Кулебякин A.B., Ломонова Е.Е., Шукшин В.Е. Влияние дополнительных примесей на фазовый состав, структуру и свойства кристаллов ЧСЦ // Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение. Сборник трудов 7-й Всероссийской молодежной научной школы, Саранск, 2008. С. 150.

17.Алисин В.В., Борик М.А., Вишнякова М.А., Кулебякин A.B., Ломонова Е.Е., Прожега М.В. Подшипники скольжения с парой трения содержащей наноструиурированные кристаллы диоксида циркония // Тезисы докладов научно-практической конференции "Инновации РАН-2008", Нижний Новгород, 2008. С. 10.

18.Алисин В.В., Борик М.А., Войцицкий В.П., Кулебякин A.B., Ломо-нова Е.Е., Прожега М.В. Исследования трибологических характеристик кристаллов ЧСЦ легированных примесями для подшипников скольжения // Тезисы докладов на XIII Национальной конференции по росту кристаллов, НКРК 2008, Москва, 2008. С. 297.

19.Алисин В.В., Борик М.А., Вишнякова М.А., Кулебякин A.B., Ломо-нова Е.Е., Преображенский А.Б., Яговитов В.Д. Исследования влияния состава на прочностные и трибологические свойства кристаллов ЧСЦ // Сборник тезисов международного симпозиума "Перспективные материалы и технологии", Витебск, Беларусь, 2009. С. 147.

Подписано в печать:

13.11.2009

Заказ № 3012 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Методы синтеза материалов на основе диоксида циркония.

1.2. Структура и свойства материалов на основе диоксида циркония

1.2.1. Кристаллическая структура.

1.2.2. Фазовые превращения.

1.2.3. Диаграмма состояний 2г02-У20з.

1.2.4 Стабилизация высокотемпературных фаз диоксида циркония

1.2.5. Микро- и наноструктура материалов.

1.2.6. Основные физико-химические свойства.

1.3. Механизмы упрочнения в частично стабилизированном диоксиде циркония.

1.4. Выводы по обзору литературы.

Глава 2. Синтез кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония методом направленной кристаллизацией расплава с использованием прямого высокочастотного нагрева.

2.1. Исследование влияния состава и условий синтеза на размер и качество кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония.

2.1.1. Подготовка исходной шихты для выращивания.

2.1.2. Выращивание кристаллов ЧСЦ на установке с диаметром холодного контейнера 130 мм при скорости роста 10 мм/час.

2.1.3. Выращивание кристаллов ЧСЦ на установке "Кристалл 407" при скоростях роста 3, 20, 40 мм/ч.

2.1.4. Выращивание кристаллов ЧСЦ с концентраций 2.5, 3; .4 мол.% У20з в холодном контейнере диаметром 130 мм с увеличенным нижним тепловым экраном при скорости роста 10 мм/ч.

2.1.5. Синтез крупных кристаллов ЧСЦ на промышленной установке с диаметром холодного контейнера 400 мм в диапазоне составов от 2.8 до 4 мол.% У^Оз.

2.2. Синтез кристаллов - 3 мол.% У20з с дополнительно введенными примесями переходных и редкоземельных элементов.

2.3. Исследование химического состава кристаллов ЧСЦ.

2.4. Термообработка кристаллов ЧСЦ в разных средах.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследование фазового состава кристаллов ЧСЦ.

3.1. Исследование фазового состава порошкообразных образцов кристаллов ЧСЦ методом рентгенофазового анализа.

3.1.1. Методика проведения РФА.

3.1.2. Экспериментальные данные.

3.2. Исследование фазового состава кристаллов ЧСЦ методом комбинационного рассеяния света.

3.2.1. Методика исследования.

3.2.2. Экспериментальные результаты.

3.3. Исследование фазового состава объемных образцов кристаллов ЧСЦ методом РФА.

3.4. Исследование фазового состава кристаллов ЧСЦ с дополнительно введенными примесями.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование микро- и наноструктуры кристаллов ЧСЦ

4.1. Исследование микроструктуры кристаллов ЧСЦ методом сканирующей электронной микроскопии.

4.1.1. Влияние скорости роста на морфологию поверхности кристаллов ЧСЦ.

4.1.2. Влияние высоты нижнего теплового экрана на морфологию поверхности кристаллов ЧСЦ.

4.2. Исследование наноструктуры кристаллов ЧСЦ методом просвечивающей электронной микроскопии.

4.3. Исследование микро- и наноструктуры крупных кристаллов ЧСЦ выращенных из холодного контейнера диаметром 400 мм.

4.4. Влияние дополнительной примеси на микроструктуру кристаллов ЧСЦ.

4.5. Выводы по главе 4.

Глава 5. Исследование физико-химических свойств кристаллов

5.1. Исследование кристаллов ЧСЦ методом количественно-изотопного анализа кислорода.

5.1.1. Подготовка образцов для количественно-изотопного анализа

5.1.2. Результаты исследований кристаллов ЧСЦ, выращенных на установке "Кристалл-407".

5.1.3. Результаты исследований кристаллов ЧСЦ, выращенных на установке "Кристалл-403".

5.1.4. Изменение изотопного состава кислорода в кристаллах ЧСЦ в зависимости от расположения в були закристаллизованного расплава.

5.1.5. Исследование влияние отжига кристаллов ЧСЦ.

5.1.6. Влияние дополнительной примеси на изотопный состав кислорода в кристаллах ЧСЦ.

5.2. Исследование плотности кристаллов ЧСЦ.14Д

5.3. Исследование прочностных характеристик кристаллов ЧСЦ.

5.4. Выводы по Главе 5.

Развитие современной электронной техники тесно связано с поиском новых материалов и технологий. В последние годы резко повысился интерес к структурам "полупроводник на диэлектрике", имеющим целый ряд преимуществ перед структурами "полупроводник на полупроводнике", позволяющим, в частности, повысить быстродействие и надежность работы интег гральных схем, особенно в экстремальных условиях эксплуатации.

Монокристаллические материалы твердых растворов на основе диоксида циркония или гафния ^гОгСНГОгУЯзОз, где Я - У, 8с, Ос1.Ьи] относятся к числу наиболее перспективных материалов современной электроники и оптоэлектроники.

В конце 60-х годов XX века в Физическом институте им. П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН) были созданы основы нового метода получения высокотемпературных материалов - метод направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере с использованием прямого высокочастотного нагрева [1-3]. Отсутствие ограничений по температурам плавления позволяет использовать этот метод для синтеза монокристаллов на основе диоксида циркония в широком диапазоне составов. Он позволяет получать кристаллы твердых растворов на основе диоксида циркония как полностью стабилизированного (кубические твердые растворы - фианиты), так частично стабилизированного (кристаллы ЧСЦ). Успешная разработка технологии фианитов и создание промышленных серийных установок для их производства привели к широкому внедрению этой технологии не только в России, но и за рубежом. Это связано с высокой технологичностью самого метода производства высокотемпературных материалов. Он позволяет получать расплавы при температурах выше 2000 °С на воздухе, обеспечивает нулевую остаточную пористость материала, практически безотходен (возможность повторного переплава кристаллических отходов) и не предъявляет особых требований к гранулометрии ческому составу исходных материалов.

Первые монокристаллы кубических твердых растворов на основе диоксида циркония и гафния, получившие позднее название фианитов, были получены в начале 70-х годов XX века [4]. Благодаря уникальному сочетанию свойств, таких как высокий коэффициент преломления, большая твердость, тугоплавкость, ионная проводимость фианиты нашли применение во многих областях техники и промышленности: в оптике, электронике, приборостроении, высокотемпературной технике.

Твердые растворы на основе диоксида циркония стабилизированные оксидами УгОз, СёгОз, УЬ203 и др выращивались в рамках исследования фазовых составов, структуры и физико-химических свойств материалов в широком диапазоне концентраций стабилизирующего оксида от 0 до 40 мол.% [3, 5, 6]. Имеется множество работ по детальному исследованию свойств полностью стабилизированных кристаллов на основе диоксида циркония, в том числе стабилизированных оксидом иттрия [3, 6]. Показаны преимущестт ва использования фианита перед другими диэлектриками в качестве подлог жечного материала и буферного слоя для эпитаксии и соединений АшВУс. Известны работы, посвященные получению и использованию тонких пленок фианита в качестве материала изолирующих слоев (альтернативных 8Ю2, 81зМ4) при создании многослойных структур «полупроводник-диэлектрик». Благодаря высокому значению диэлектрической постоянной фианита (25.29.7) [6] перспективно его использование также в качестве под-затворного диэлектрика для снижения токов утечек в приборных структурах на 2-3 порядка. Высокая химическая инертность позволяет использовать пленки из Zr02-мaтepиaлoв в качестве защитных покрытий.

Таким образом, твердые растворы на основе Zr02 являются чрезвычайно перспективным многофункциональным материалом новых электронных технологий. Они могут использоваться практически во всех основных технологических звеньях создания приборов микроэлектроники: как монолитная диэлектрическая подложка и материал буферных слоев при гетероэпитаксии; как материал изолирующих слоев и, наконец, как подзатворный диэлектрик. Причем, кристаллы ЧСЦ имеют ряд преимуществ в сравнении с кристаллами кубических твердых растворов: возможность согласования структурных параметров решеток подложки и полупроводниковых пленок, высокие прочностные характеристики, способствует повышению надежности работы приборов на основе гетероструктур "полупроводник на диэлектрике". Однако, судя по опубликованным данным, исследования, проводимые в этих перспективных направлениях, имеют ограниченный характер и не доведены до широкоX го применения.

Использование кристаллов твердых растворов Zr02 - У20з в области составов с низким содержанием стабилизирующего оксида (2.5 мол.%) в электронике сдерживается недостатком экспериментальных данных по их структурным и физико-химическим свойствам. Так, существуют работы по исследованию опытных образцов кристаллов ЧСЦ единичных составов. Было показано, что кристаллы ЧСЦ сохраняют свою работоспособность в диапазо1 не температур от - 140 °С до +1400 °С [7, 8], структура и свойства кристаллов ЧСЦ зависят от технологических условий синтеза, концентрации стабилизирующего оксида, введения дополнительных примесей. Однако подробное исследование этих зависимостей отсутствовало к началу настоящей работы. Кроме того, для расширения областей практического применения кристаллов ЧСЦ актуальными являются вопросы, связанные с их размерами и качеством, возможностью целенаправленного изменения физико-химических свойств, стабильностью этих характеристик в широком интервале температур, то есть, выявлением корреляции "состав - условия синтеза - структура - свойства", определением оптимальных технологических режимов синтеза для получения крупных кристаллов ЧСЦ с заданными характеристиками.

Цель работы Л

Целью настоящей диссертационной работы является оптимизация технологии кристаллов ЧСЦ, основанной на методе направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере с использованием прямого высокочастотного нагрева, по результатам исследования зависимости фазового состава.; структуры и физико-химических свойств кристаллов от химического состава и условий синтеза.

Научная новизна работы

1. Синтезированы серии кристаллов ЧСЦ составов Zr02 - (0; 2; 2.5; 2.8; 3; 3.2; 3.5; 3.7; 4; 5) мол.% У20з в различных технологических условиях (варьировались объем расплава, скорость кристаллизации, тепловые условия выращивания и режимы термообработки после роста).

2. Определена зависимость фазового состава, микро- и наноструктуры кристаллов ЧСЦ от технологических условий роста и последующей термообт работки.

3. Установлено влияние химического состава и условий синтеза на ряд физико-химических свойств кристаллов ЧСЦ: количество и изотопный сот став кислорода, плотность, прочностные характеристики.

4. Показано влияние примесей редкоземельных и переходных элементов на процесс роста кристаллов ЧСЦ, их фазовый состав, структуру и свойства. м

5. На основе установленных зависимостей размеров, качества и физико-химических свойств кристаллов ЧСЦ от состава исходной шихты и технологических условий оптимизирована технология, обеспечивающая получение кристаллов ЧСЦ с требуемым сочетанием физико-химических свойств.

Практическая значимость работы

1. На основании полученных экспериментальных данных выявлена корреляция "состав - условия синтеза - структура - свойства", что позволило оптимизировать технологию кристаллов ЧСЦ с заданными свойствами для конкретного практического применения.

2. По результатам исследования микро- и наноструктуры кристаллов ЧСЦ существенно расширены представления о природе процессов фор,-мирования структурированных материалов на основе Zr02 в результате фазот вых превращений, что имеет большое практическое значение для исследования и синтеза новых пленочных и кристаллических технических ZrCV содержащих материалов, в том числе нанокерамики.

3. На количественном и изотопном уровнях определены изменения подвижности кислорода при росте и послеростовой термообработке кристаллов ЧСЦ в зависимости от химического состава, температуры и окислительно-восстановительной среды отжига, что может быть использовано при выборе оптимального состава подложек и условий их отжига, а также при оптимизации температурных режимов эпитаксии предотвращающих диффузию кислорода из подложки в пленку.

4. На основе исследования физико-химических свойств предложены практические применения кристаллов ЧСЦ в электронике и некоторых других областях науки, техники и медицины: подложки для микроэлектроники, детали триботехнического назначения (втулки, фильеры для протяжки проволоки), медицинский инструмент.

Положения, выносимые на защиту

1. Технологические режимы синтеза кристаллов ЧСЦ стабилизированных 0.5 мол.% Y2O3.

2. Составы кристаллов ЧСЦ. ;

3. Влияние концентрации стабилизирующего оксида и вида дополнительных примесей на фазовый состав, структуру и физико-химические свойства кристаллов ЧСЦ.

4. Связь поведения кислорода в кристаллах ЧСЦ с концентрацией ста* ' билизатора и условиями термообработки.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных статьях:

1. Борик М.А., Вишнякова М.А., Войцицкий В.П., Кулебякин A.B., Ло-монова Е.Е., Мызина В.А., Осико В.В., Панов В.А., Получение и свойства кристаллов ZvÖ2, частично стабилизированного Y203 // Неорганические материалы, 2007. Т. 43. № 11. С. 1359-1365.

2. Alisin V.V., Borilc М.А., Vishnyakova М.А., Kulebyakin A.V., Lor monova E.E., Osiko V.V., Pavlov V.G., Panov V.A., Frolov K.V., High-strength and wear-resistant materials based on nanostructured zirconia crystals (PSZ) // Перспективные материалы, Специальный выпуск, 2007. T. 1. С. 194.

3. Борик M.А., Вишнякова М.А., Жигалина О.М., Кулебякин A.B., Лав--рищев C.B., Ломонова Е.Е., Осико В.В., Исследование микро- и наноструктуры кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония // Российские нанотехнологии, 2008. Т. 3. № 11-12. С. 124-129.

4. Кулебякин A.B., Ломонова Е.Е., Медведовская Н.И., Щербаков А.В!, Перераспределение кислорода в системе ZrOo-YoC^ // Электрохимия, 2009. Т. 45. №4. С. 473-479.

5. Амосова Х.Б., Борик М.А., Вишнякова М.А., Кулебякин A.B., Ломонова Е.Е., Медведовская Н.И., Устинов В.И., Панов В.А., Щербаков A.B., Ког личественные и изотопные эффекты кислорода в нанокристаллических матег риалах на основе диоксида циркония // Вестник Мордовского университета, 2007. Серия "Физико-математические науки". № 3. С. 87-94.

Результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях, на научных школах:

Всероссийская-конференция с элементами молодежной научной школы "Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение" (5-я, Саранск, 2006; 6-я, Саранск, 2007; 7-я, Саранск, 2008; 8-я, Саранск, 2009); Национальная конференция по росту кристаллов (XII НКРК, Москва, 2006; XIII НКРК, Москва, 2008); Первая международная научная школа-семинар "Современные методы анализа дифракционных данных (топография, дифрактометрия, электронная микроскопия)'-' (Великий Новгород, 2007); VI Всероссийская научная конференция "Керамит ка и композиционные материалы" (Сыктывкар, 2007); IX Российское Китайский симпозиум "Новые материалы и технологии" (Астрахань, 2007); Научно-техническая конференция "Инновации в кабельной промышленности - ключ к прогрессу в важнейших отраслях народного хозяйства" (Москва, 2007); 9-ое Международное совещание "Фундаментальные проблемы ионики твердого тела" (Черноголовка, 2008); Six International Conference on Inorganic Materials, (Dresden, Germany, 2008); Научно-практическая конференция "Инновации PAH-2008" (Нижний Новгород, 2008); Международный симпозиум "Перспективные материалы и технологии" (Витебск, Беларусь, 2009). ■ :

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 164 страницы машинописного текста, включая 91 рисунок, 37 таблиц и список литературы из 116 наименований.

5.4. Выводы по Главе 5

1. Разработана методика, позволяющая путем измельчения без ис- , тирания получать порошкообразные образцы с размером частиц ~ 100 мкм из кристаллов ЧСЦ в исследуемом диапазоне составов и обеспечивающая сохранность исходной информации о количестве и изотопном составе кислорода. Разработан модифицированный оптимальный регламент процесса фтори- ( рования порошкообразных образцов, обеспечивающий 100%-ное выделение для последующего масс-спектрометрического изотопного анализа.

2. Впервые экспериментально получены количественные и изотоп- , ные характеристики кислорода кристаллов ЧСЦ составов Zr02- (0.5) мол.% У20з, исследована их зависимость от содержания стабилизатора У203. Установлено, что по мере увеличения мольной доли У2Оз уменьшается количество кислорода в соответствующих твердых растворах и происходит его обед- ,

18 нение изотопом О по сравнению с исходными оксидами и ростовой шихтой. Количественный эффект на стадии формирования кристаллической структуры из расплава обусловлен катионным замещением, что является ' прямым количественным подтверждением механизма образования твердых растворов замещения, при котором У+3 замещает Ъх"3* с образованием кислородных вакансий в анионной подрешетке.

3. Изотопно-кислородные исследования кристаллов ЧСЦ с содержанием стабилизирующего оксида в диапазоне 2.5.4 мол.% У2Оз показали, ' что для этого диапазона характерен экстремальный вид концентрационной зависимости изотопного состава кислорода кристаллов с выраженным минимумом в области 3.2.3.7 мол.%) У20з.

4. Экспериментально показано, что в процессе отжига в кристаллах ЧСЦ происходит перераспределение кислорода на количественном и изотопном уровнях. При отжиге в вакууме дополнительно к кислородным ваканси- ' ям, возникшим в твердых растворах вследствие замещения ионов Zr4f ионами У3+, в кислородной подрешетке появляются вакансии за счет частичного восстановления оксида. При отжиге на воздухе происходит изотопно-обменное взаимодействие в системе Zr02-02aтMi, контролируемое термодинамическим изотопным эффектом. Поскольку атмосферный кислород характе- ' ризуется устойчивым значением 5180 =+23.5%о, то при отжиге на воздухе

1 о происходит увеличение содержания изотопа О в кристаллах ЧСЦ.

5. При введении в кристаллы ЧСЦ легирующих оксидов редкоземельных и переходных элементов наблюдаются разнонаправленные изотопно-кислородные эффекты, что, по-видимому, обусловлено различными механизмами встраивания примесных катионов в структуру кристалла в зависимости от валентности и размера этих катионов.

6. Измерения плотности кристаллов ЧСЦ показали хорошее соответствие с имеющимися литературными данными, что свидетельствует о высоком качестве кристаллов и их беспористости.

7. Испытания кристаллов ЧСЦ на изгиб и сжатие показали, что материал имеет высокие значения предела прочности, коэффициент трещино-стойкости, сравнимые с современными керамическими материалами или превосходящие их. Отжиг кристаллов на воздухе и в вакууме приводил к повышению прочности на изгиб и сжатие для некоторых составов, а также к существенному уменьшению разброса в значениях при измерении данных характеристик.

8. По прочностным характеристикам практически все кристаллы ЧСЦ с дополнительно введенными примесями показали высокие значения. Причем в зависимости от вида примеси могут меняться те или иные характеристики механических свойств, что важно для их конкретного использования.

9. Исследования микротвердости образцов кристаллов ЧСЦ показали, что микротвердость поверхности полированного образца неоднородна, причем проявляется тенденция к повышению микротвсрдости в его центральной области и к снижению ее величины в области края образца. Максимальное значение микротвердости наблюдается для образцов кристаллов ЧСЦ с концентрацией оксида иттрия 3.0.3.5 мол.%. Средняя величина микротвердости данных образцов около 15 ГПа.

Заключение

1. Установлены технологические режимы синтеза кристаллов ЧСЦ методом направленной кристаллизации расплава с использованием прямого высокочастотного нагрева в холодном контейнере. Определены оптимальные условия для роста кристаллов ЧСЦ на установках с разным диаметром холодного контейнера (ХК). Для установки "Кристалл-407" с диаметром холодного контейнера 130 мм рекомендуемая скорость роста 10 мм/ч, высота нижнего теплового экрана 40 мм и масса загружаемого материала около 6 кг. Для получения крупных кристаллов ЧСЦ (поперечное сечение до 50 мм, высота до 100 мм) из ХК диаметром 400 мм оптимальным режимом является скорость роста 8-12 мм/ч, высота нижнего теплового экрана 100-120 мм и масса полной загрузки -90 кг.

2. Определены оптимальные диапазоны составов исходной шихты, в пределах которых обеспечивается высокое качество кристаллов ЧСЦ (отсутствие трещин, однородность химического и фазового состава, оптимальная микро- и наноструктура): 2.5-4.0 мол.% У203 для ростовой установки с диаметром ХК 130 мм и 2.8-3.7 мол.%. У203 для ростовой установки с диаметром ХК 400 мм.

3. По результатам исследования фазового состава показано, что в кристаллах ЧСЦ присутствуют две фазы тетрагональной модификации диоксида циркония: нетрансформируемая 1'-фаза со степенью тетрагональности (с/а) 1.0063-1.0067 и трансформируемая 1-фаза с с/а = 1.0141-1.0149. Установлено, что кристаллы ЧСЦ имеют развитую двойниковую структуру, состоящую из доменов размерами от единиц до сотен нанометров. Данная структура начинает формироваться при 2.5 мол.% У203, а при 4.0 мол.% встречается лишь на отдельных участках. Показано, что микроструктура ростовой поверхности кристаллов отражает характер их внутренней наноструктуры и представляет собой результат укрупнения ее элементов.

4. Впервые проведенный количественно-изотопный анализ кислорода в кристаллах ЧСЦ подтвердил механизм образования твердых растворов I замещения в системе ХтС>2 - У2Оз- Экспериментально показано, что поведение кислорода в кристаллах ЧСЦ чувствительно к изменению их структуры обусловленном изменением состава. Величина 5180, отражающая соотношение изотопов кислорода в кристалле, изменяется от +9.9%о для чистого 2гСЬ до +7.8%о для кристалла с 5.0 мол.% У2Оз, при 3.2 мол.% У2Оз наблюдается четко выраженный минимум (+6.6%о), что свидетельствует о структурных особенностях материала. В процессе послеростового отжига кристаллов ЧСЦ также происходит изменение количества и изотопного состава кислорода в зависимости от состава и условий.

5. Выявлено, что введение дополнительных примесей редкоземельных и переходных элементов (Се, Рг, Ыё, ТЬ, Ег, Мп, Со, N1, Си) в концентрации до 0.6 вес.% не изменяет фазовый состав тетрагональных кристаллов ЧСЦ. Показано, что введение примесей Се, N(1, Ег, Рг и их сочетаний приводит к повышению прочности и трещиностойкости кристаллов ЧСЦ. Это обусловлено уменьшением размеров структурных элементов кристаллов ЧСЦ до (0.1-0.3) мкм в поперечном сечении и (2-3) мкм в длину, что на порядок меньше по сравнению с нелегированными кристаллами, характер микроструктуры при этом остается неизменным.

Полученные данные о физико-химических свойствах исследованных кристаллов ЧСЦ и установленные закономерности могут быть использованы в научно-исследовательских учреждениях занимающихся вопросами синтеза особо тугоплавких оксидных материалов. Кристаллы ЧСЦ, как химически и биологически инертные материалы, обладающие высокой прочностью и трещиностойкостью, могут быть использованы в медицине, а также во многих учреждениях, которые занимаются поиском и разработкой высокопрочных и износостойких материалов, созданием новых приборов, деталей, инструментов или технологий.

Несмотря на большой объем исследований физико-химических свойств кристаллов ЧСЦ, требуют более подробного исследования такие вопросы, как: многофазность состава, точные количественные границы которых не установлены до сих пор; воздействие дополнительно введенных примесей на кристаллическую решетку, а, следовательно, на свойства кристаллов.

Кристаллы ЧСЦ по прочностным характеристикам существенно превосходят многие керамические и кристаллические материалы. Меняя условия синтеза можно эффективно управлять размерами, фазовым составом, свойствами кристаллов. Это все, делает перспективным дальнейшую разработку, как новых составов этого класса, так и более подробные исследования уже имеющихся.

За последние годы была проведена работа, связанная с возможным применением кристаллов ЧСЦ и показана их перспективность в качестве: материала подложки в структурах "полупроводник на диэлектрике", материала для режущего инструмента, материала для медицины (скальпели, импланта-ты), конструкционного материала (подшипники, валки для сверхтонкой фольги, фильеры для прокатки проволоки).

Автор выражает свою глубокую благодарность научному руководителю д.т.н. Е.Е. Ломоновой за постановку задачи, участие и постоянную поддержку на всем протяжении работы. Искреннюю признательность автор выражает всем, кто помогал в проведении экспериментов и обсуждении полученных результатов, в особенности М.А. Борика, В.П. Войцицкого, Н.И. Медведовскую. Огромная благодарность всему коллективу лаборатории "Фианит" за доброжелательность, внимание и дружественную атмосферу. Отдельную благодарность автор выражает руководителю НЦЛМТ ИОФ РАН академику РАН В.В. Осико за поддержку, постоянный интерес к работе и полезные дискуссии.

1. Александров В.И., Осико В.В., Татаринцев В.М. Синтез лазерных материалов из расплава методом прямого ВЧ-плавления в холодном контейнере // Отчет ФИАН, М., 1968. 3-51.

2. Александров В.И., Осико В.В., Татаринцев В.М. Плавление тугоплавких диэлектрических материалов высокочастотным нагревом // Приборы и техника эксперимента, 1970. 5. 222-225.

3. Александров В.И., Осико В.В., Прохоров A.M., Татаринцев В.М.' Получение высокотемпературных материалов методом прямого высокочастотного плавления в холодном контейнере // Успехи Химии, X, VII, 1978. 3. 385-427.

4. Александров В.И., Ломонова Е.Е., Майер A.A., Осико В.В., Татаринцев В.М., Удовенчик В.Т., Физические свойства монокристаллов двуокиси циркония и двуокиси гафния // Краткие сообщения по физике (ФИАН), 1972. 11. 3-7.

5. Ломонова Е.Е. Технология, свойства и применение кристаллов на основе диоксида циркония // Диссертация на соискание уч. степ. док. тех. наук, М., ИОФАН, 2001.

6. Кузьминов Ю.С., Ломонова Е.Е., Осико В.В. Тугоплавкие материалы из холодного тигля, М.: Наука, 2004. 369 с.

7. Ingel R.P., Lewis D., Bender В.A., Rice R.W. Temperature Dependence of Strength and Fracture Toughness of Zr02 Single Crystals, 1982. 65. 9. 150-152.

8. Гогоци Г.А., Ломонова E.E., Осико B.B. Изучение механических характеристик монокристаллов диоксида циркония, предназначенных для конструкционных применений// Огнеупоры, 1991. 8. 14-17.

9. Garvi R.C., Hannink R.H., Pascoe R.T. Ceramic Steel // Nature, 1975. 258. 703.

10. Gupta Т.К., Lange F.E. and Bechtold J.H. Mechanisms of Toughening Partially Stabilized Zirconia (PSZ) 11 J. Amer. Cer. Soc., 1977. 60. 183.

11. Mashburg M.E., Coblenz W.E. Reactio-formed ceramics 11 Am. Cer. Soc., 1988. 67. 2. 356-363.

12. Jane W. Adams Young's Modulus. Flexural Strength, and Fracture of Yttria-Stabilized Zirconia versus Temperature, J.Amer.Cer.Soc., 80, 4, 903-908, 1997.

13. Prasad R., Ghorh A., Dey G.K., Upadhyaya D.D. Microwave sintering of zirconia ceramics // J. Mat. Sci., 2001. 36. 19. 4707-4710.

14. Денисенко Э.Т., Еремина T.B., Калитова Д.Ф., Кузнецова Л.И. Применение высокотемпературной керамики в дизельных и газотурбинных двигателях (обзор) // Порошковая металлургия, 1985. 3. 97-106.

15. Tzukuma К., Heda К., Shimada М. Strength and Fracture Toughness in Isostatically Hot Pressed composites of A1203 and Y2O3 partially stabilized Zr02 // J. Am. Cer. Soc., 1985. 68. 1. C4-C5.

16. Hoch M. Preparation and Characterization of High Purity Submicron Refractory Oxides and Mixed Oxides, Air Force Materials Laboratory Rept. No. AFML-TR-71-158, University of Cincinnati, Cincinnati, OH, Aug. 1971.

17. Rhodes W.H. and Haag R.V. High Purity Fine Particulate Stabilized' Zirconia (Zittrite®), Air Force Materials Laboratory Rept. No. AFML-TR-70-209, AVCO Corporation (now Textron Specialy Materials), Lowell, MA, Sept. 1970.

18. Hoch M. and Nair K.M. Densification Characteristics of Ultrafme Powders // Ceramurgia Int., 1976. 2. 2. 88-97.

19. Haberko K. Characterization and Sintering Behavior of Zr02 Ultraflne Powders, 1979. 5. 4. 148-54.

20. Mazdiyasni K.S. Powder Synthesis from Metal-Organic Precursors // Ceram. Int., 1982. 8. 2. 42-56.

21. Phodes W.H. Agglomerate and Particle Size Effects on Sintering Yttria-Stabilized Zirconia//J. Am. Ceram. Soc., 1981. 69. 1. 19-22.

22. Anthony A.M., Loc V. Preparation de monocristaux de zircone pure monoclinique // C. R. Acad. Sci., 1965. 260. 9. 1383-1385.

23. Loc V., Anthony A., Bouariz R. Preparation de monocristaux d'oxide d'hafnium par la methode des sels todus // C.R. Acad.Sci., A-B, 1966. 262. 26. 1715-1717.

24. Chase A.B., Osmer J.A. Growth and preferantial doping of zircon and thorite//J. Electrochem. Soc., 1966. 113. 2. 198-199.

25. Kuznetzov V.A. Crystallization of titanium, zirconium and hafnium oxide and some titanate and zirconate compounds under hydrothermal conditions // J. Cryst. Growth, 1968. 3-4. 405-410.

26. Кузнецов В.А., Сидоренко О.В. Кристаллизация ZrCb и HfCb в гидротермальных условиях//Кристаллография, 1968. 13. 4. 748-749.

27. Curtis B.J., Wilkinson J.A. Preparation of mixed oxide crystals by chemical transport// J. Am. Cer. Soc., 1965. 48. 1. 49-50.

28. Grodkiwicsz W.H., Nitti D.J. Oxide growth by flux evaporation // J. Amer. Cer. Soc., 1966. 49. 10. 576.

29. Goldsmith C.J., Hopkins M., Kestigian M. A high intensity carbon-arc image furnace and its application to single crystal growth of refractory oxides // J. Electrochem. Soc., 1964. 111.2. 260-262.

30. Reed T.B. Growth of refractory crystals using the induction plasm torch // J. Appl. Phys., 1961. 32. 12. 2534-2535.

31. Tromble F., Foex M. Sur lutilisation des techniques de chauftage solarre pour la preparation d'oxides purs // Bull. Soc. Chim. France, 1965. 4. 1070-1081.

32. Saiki A., Ishizawa N., Mizutani N., Kato M. Directional Crystal Growth of Yttria-stabilized Zirconia by the Arc Image Floating Zone Method // J. Mat. Sci. Lett., 1987. 6. 568-570.

33. Ласло Т. Оптические высокотемпературные печи. М., Мир, 1968.

34. Monforte F.R., Swanekamp F.W. and Uitert V. Radio Frequency Technique for Pulling Oxide Crystals // J. Appl. Phys., 1961. 32. 5. 959-960.

35. Perez-j-Jorba M., Collogues R. Sur le chauffage et la fusion sans creuset par induction haute frequence de quelques oxydes refractaires // Rev. Haut. Temp, et Reftact, 1964. 1. 1.21-25.

36. Gayet В., Holder J., Kurka G., Reboux J., Trouve J. Perfectionnements apportes aux procédés et dispositifs pour fondre des matériaux par induction, Pat. 923-938(France) и French patent No.l, 358, 438 (31.1.63).

37. Петров Ю.Б., Безрукова Э.А. Выращивание монокристаллов иттриевого феррограната // Изв.АН СС CP, сер. Неорг. Материалы, 1968. 4. 7. 1152-1155.

38. Александров В.И., Осико В.В., Прохоров A.M., Татаринцев В.М. Новый метод получения тугоплавких монокристаллов и плавленых керамических материалов, Вест. АН СССР, 1973. 12. 29-36.

39. Aldebert P. and Traverse J.P. Structure and Ionic Mobility of Zirconia at High Temperature // J. Am. Ceram. Soc., 1985. 68. 1. 34.

40. Полежаев Ю.М. Высокотемпературная кубическая и тетрагональная форма Zr02 // Ж.Физ.Хим., 1967. 41.11. 2958-2959.

41. Комиссарова JI.M., Симонов Ю.П., Владимиров З.А. О некоторых свойствах кристаллических модификаций Zr02 //ЖНХ, 1960. 5. 7. 1413-1415.

42. Anderson С.А., Greggi J. and Gupta Т.К. Diffusionless Transformations in Zirconia Alloys, p.78-85, Advances in Ceramics Vol. 12, Science and Technology of Zirconia II. The Am. Ceram. Soc., Columbus. Ohio, 1983.

43. Курдюмов Г.В. Несовершества кристаллического строения и мартен-ситные превращения // Сб. Статей.- М.Наука, 1972. с. 273.

44. Хачатурян А.Г. Теория фазовых превращений и структура твердых растворов, М., Наука, 1974. с. 383.

45. Lynch С.T. et al. Preparation and Properties of Refractory Oxides from Metal-Organic Compounds, pp. 393-408 in High Temperature Technical

46. Proceedings of the Third International Symposium on High Temperature Technology,Butterworths, London, U.K., 1967.

47. Mazdiyasni K.S., Lynch C.T. and Smith J.S. II, Development of New Ceramic materials (Zyttrite®) by Thermal Decomposition of Metal Alcoholates, Air Force Materials Laboratory Rept. No. AFML-TR-66-418, Wright-Patterson, AFB, OH, Dec. 1966.

48. Ruff O. and Ebert F. Ceramics of Heigh Refractory Materials :1.Forms of Zirconium Dioxide//Z. Annorg. Allgem. Chem., 1929. 180. 19-41.

49. Stubican V.S., Gorman G.S., H ellman J.R. and Senft G. Phase Relationships in Some Zr02 System, pp.96-106 in Advances in Ceramics, Vol. 12. Edited by N. Claussen, M. Ruhle, and A.H. Heuer. The Americfy Ceramics Society, Columbus, OH, 1984.

50. Scott H.G. Phase relationships in the Yttria-rich Part of the Yttria -Zirconia System//J. Mater. ScL, 1977. 12. 2. 311-316.

51. Pascual C. and Duran P. Subsolidus Phase Equilibria and Ordering in the System Zr02-Y203 // J. Amer.Ceram. Soc., 1983. 66. 1. 23-27.

52. Ruh R., Mazdiyasni K.S., Valentine P.G. and Bielstein H.O. Phase Relar tions in the System Zr02-Y203 at Low Y203 Content // J. Amer. Cerain. Soc., 1984. 67. 9. C190-C192.

53. Mitsuhasni T. Phase Transition of Monoclinic Zr02 Single Crystala // J; Am. Cer. Soc., 1973.48. 493.

54. Pfann W.G. Zone Melting, (John Willey & Sons Inc., New York-London-Sydney, 2nd Ed. 1966) 366.

55. Fabris S., Paxton A.T., Finnis M.W. A Stabilization Mechanism of Zirco-nia Based on Oxygen Vacancies Only // Acta Materialia, 2002. 50. 20. 51715178.

56. Stefanovich E.V., Shluger A.L. and Catlow C.R.A. Theoretical Study of the Stabilization of the Cubic-phase Zr02 by Impurities // Phys. Rev. B, 1994. 49~ 17. 11560-71.

57. Gupta T.K., Bechtold J.H., Kuznickie R.C., Cadoff L.H. and Rossing B.R. Stabilisation of Tetragonal Phase in Polycristalline zirconia // J. Mat. Sci., 1977. 12. 2421.

58. Anderson C.A. and Gupta T.K. Phase stability and transformation toughening in zirconia // Adv. In Ceram., V.3, Sience and Technology of Zirconia, The Amer. Ceram. Soc., Columbus, Ohio, 1981. P. 184.

59. Lantery V., Heuer A.H., Mitchell T.E. Tetragonal Phase in the System Zr02-Y203, pp. 118-130, in Adv. In Ceram., v. 12, Sci. and Techn. II, The Amer.' Ceram. Soc., Columbus, OH, 1984.

60. Michel D., Mazerolles L., Perez M. y Jorba Fracture of metastable tetragonal zirconia crystals // J. Mater. Sci., 1983. 18. 2618-2628.

61. Chien F.R., Ubic F.J., Prakash V. and Heuer A.H. Stress-Induced Transformation and Ferroelastic Deformation Adjacent Microhardness Indents in Tetragonal Zirconia Single Crystals // Acta Mater., 1998. 46. 6. 2151-2171.

62. Scott H.G. Phase relationships in the zirconia-yttria system // J. Mater. Sci., 1975. 10. 1527-1535.

63. Sanchez-Bajo F., Cachadina I., Solier J.D., Guiberteau F., Cumbrera F.L. Differentiation between Pseudocubic and Cubic Phases in Y-Zr02 Using Rietveld Analysis // J. Amer. Ceram. Soc., 1996. 79. 12. 3090-3096.

64. Iain R. Gibson, John T. S. Irvine, Qualitative X-ray Diffraction Analysis of Metastable Tetragonal (t') Zirconia J.Am.Ceram.Soc., 84, 3, 615-18, 2001.

65. Yamashita I. and Tsukuma K. Phase Separation and Hydrothermal Degradation of 3 mol% Y203-Zr02 Ceramics // J. Ceram. Soc. Jap., 2005. 113. 1320. 530-33.

66. Yamashita I. and Tsukuma K. Synchrotron X-Ray Study of the Crystal Structure and Hydrothermal Degradation of Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal // J. Am. Ceram. Soc., 2008. 91. 5. 1634-1639.

67. Cain M.G., Lewis M.H. Evidence of Ferroplasticity in Y-tetragonal Zirconia polycrystals // Mat. Lett., 1990. 9. 9. 309-312.

68. Lefevre J. Fluorite-Type Structural Modifications in System Having a Zirconium and Hafnium Oxide Base // Ann. Chem., 1963. 8. 1-2. 117-149. ;

69. Foitzik A., Stadtwald-Klenke M., Ruhle M. Ferroelasticity of t'-Zr02, Z.Mettallkd., 1995. 84. 397-404.

70. Воронько Ю.К., Зуфаров M.A., Игнатьев Б.В., Осико В.В., Ломонова Е.Е., Соболь А.А. Комбинационное рассеяние света в монокристаллах Zr02-Gd203 и Zr02-Eu203 с тетрагональной структурой // Оптика испектроскопия, 1981. 51. 4. 569-571.

71. Baither D., Baufeld В., Messersclimidt U., Foitzik F.H., Ruhle M: FeiToelasticity of t'-Zirconia: 1, High Electron Microscopy Studies of the Microstructure in Polydomain Tetragonal Zirconia // J. Am.Cer.Soc., 1997. 80. 1691-98.

72. Prettyman K.M., Jue J.-F., Virkar A.V., Hubbard C.R., Cavin O.B. and Ferber M.K. Hysreresiity Effects in 3 mol % Yttria-doped Zirconia (t'-Phase) // J. Mater. Sci., 1992. 27. 4167-74.

73. Baither D., Baufeld В., Messerschmidt U. Morfology of Tetragonal Precipitates in Y203-Stabilized Zr02 Crystals // Phys. Status Solidi(a), 1993. 137. 569-76.

74. Heuer A.H., Lanteri V., Dominguez-Rodriguez A. High-Temperature Precipitation Hardening of two Phase Y203-Partially-Stabilized Zr02 Single crystals: A First Report // J. Amer. Ceram. Soc, 1986. 69. 3. 285-287.

75. Baufeld В., Baither D., Messerschmidt U. and Bartsch High volttage Elec-tron Microscopy in sutu Study on the Plastic Deformation of Partially Stabilized Tetragonal Zirconia // Physics Status Solidi(a), 1995. 150. 1297-306.

76. Sergo V., Lughi V., Pezzotti G. et al. The effect of wear on the tetragonal-to monoclinic transformation and the residual stress distribution in zirconia- toughened alumina cutting tool // Wear, 1998. 214. 264-270.

77. Ye R.Q., Zhao J.H., Zhang Z., Li L.F. Transformation and fracture of Zr02- based ceramics at low temperatures // Material Letters, 1998. 36. 29-32.

78. Lathabai S. The effect of grain size on the slurry erosive wear of Ce-TZP ceramics // Scripta Materialia, 2000. 43. 465-470.

79. Medevielle A., Tevenot F., Treheux F. Wear resistance of zirconiast Dielectrical approach // Wear, 1997. 213. 13-20.

80. Metselaar H.C.S., Kerkwijk В., Mulder E.J. et al. Wear of ceramics due to thermal stresses: a thermal severity parameter // Wear, 2002. 249. 962-970. '

81. Dub S.N., Gogotsi G.A., Lomonova E.E. Hardness and fracture toughness of Zirconia crystals // J. Eur. Cer. Soc., 1993. 11. 123-132.

82. Островский Д.Ю. Деформирование и прочность керамики при различных температурно-скоростных воздействиях // Дисс. на соиск. уч.ст. к.т.н., Киев, ИПП АНУ, 1993.

83. Heuer А.Н. Transformation Toughening in Zr02-Contanining Ceramics //J. Cer. Soc., 1987. 70. 10. 689-698.

84. Chan C.J., Lange F.F., Ruhle M., Jue J.F., Virkar A.V. Ferroelastic Domain Switching in Tetragonal Single Crystals-Microstructural Aspects // J. Am. Cer. Soc., 1991. 74. 8. 807-813.

85. Virkar A.V., Matsumoto L.K., Wadhan V.K. Ferroelasticity and Related Properties of Crystals и pp. 3-103, in Phase Transitions, vol. 3 Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1982.

86. Jue J.F., Vikar A.V. Fabrication, Microstructural Characterization, and Mechanical Properties of Polycristalline t'-Zirconia // J. Am. Cer. Soc., 1990. 73. 3650-57.

87. Ingel R.P., Lewis D., Bender B.A. and Rice R.W. Physical, Microstructural, and Thermomechanical Properties of Zr02 Single Crystals и pp. 408-14 in Advances in Ceramics, Vol. 12. 1984. e

88. Matsuzawa M., Sato F., Horibe S. The effect of anelasticity and phase transformation on crack growth in Y-TZP ceramics // J. Mater. Sci. 2001. 36. 2491-2497.

89. Matsuzawa M., Abe M., Horibe S. Strain rate dependence of tensile behavior and environmental effect in Zirconia Ceramics // ISIJ International. 2003. V. 43. №4. P. 555-563.

90. Pan L.S., Horibe S. An in-situ investigation on the critical phase transformation stress of tetragonal zirconia polycrystalline ceramics // J. Matei\ Sci. 1996. 31. 6523-6527.

91. Hannink R.H.J., Howard C.J., Kisi E.H., Swain M.V. Relationship between Fracture. Toughness and Phase Assemblage in Mg-PSZ // J. Am. Ceram. Soc. 1994. 77. 571-579.

92. Акимов Г.Я., Маринин Г.А., Тимченко B.M. Влияние модификаций тетрагональной фазы поверхностных слоев керамики на основе диоксида циркония на ее прочность // Физика твердого тела. 2005. Т. 47. № 11. С. 19781980.

93. Гогоци Г.А., Галенко В.И., Озерский Б.А., Ломонова Е.Е., Мызина В.А., Вишнякова М.А., Калабухова В.Ф. Прочность и трещинностойкость кристаллов диоксида циркония с оксидами иттрия и тербия // Огнеупоры, 1993. 6. 2-8.

94. Александров В.И., Батыгов С.Х., Калабухова В.Ф., Лаврищев С.В., Ломонова Е.Е., Мызина В.А., Осико В.В., Татаринцев В.М. Распределения иттрия и неоднородности в кубических кристаллах Zr02-Y203, Изв.АН СССР, 1980. 16. 1.99-104.

95. Александров В.И., Батыгов С.Х., Калабухова В.Ф., Лаврищев С.В., Ломонова Е.Е., Мызина В.А., Осико В.В., Татаринцев В.М. Влияние Si02 на рост и совершенство стабилизированного Zr02 // Изв.АН СССР, 1980. 16. 1. 99-104.

96. Киргинцев А.Н., Исаенко Л.И., Исаенко В.А. Распределение примеси при направленной кристаллизаци, Новосибирск: Наука, 1977. С. 168-200.

97. Александров В.И., Абрамов H.A., Вишнякова М.А., Калабухова В.Ф., Ломонова Е.Е., Мифтяхетдинова Н.Р., Осико В.В. Высокотемпературное диспропорционирование фианитов. Изв.АН СССР. Неорган.материалы, 19, 1, 100, 1983.

98. Александров В.И., Калабухова В.Ф., Ломонова Е.Е., Осико В.В., Татаринцев В.М. Влияние примесей и условий отжига на оптические свойства монокристаллов Zr02 и НГО2. Изв.АН СССР. Неорган, материалы, 13,12,2192,1977.

99. Александров В.И., Батыгов С.Х., Вишнякова М.А., Воронько Ю.К., Калабухова В.Ф., Лаврищев C.B., Ломонова Е.Е., Мызина В.А., Осико В.В. Влияние вакуумного отжига па оптические свойства монокристаллов Zr02-Y203. Препринт ФИАН, М., 242, 15, 1983.

100. Александров В.И., Батыгов С.Х., Вишнякова М.А., Воронько Ю.К., Ломонова Е.Е., Мызина В.А., Осико В.В. Переходы Со2+ СоЗ+ в кристаллах Zr02-Y203 при отжиге в вакууме и на воздухе. ФТТ,29, 11, 35113514, 1987.

101. Sakib K.M., Saiful I.M., Bates D.R. Cation doping and diffusion in zirconia: a combined atomistic simulation and molecular dynamics study // J; Mater. Chem., 1998. 8. 10. 2299-2307.

102. Brossman U., Knoner G., Schaefer H.-E. and Wurschum. Oxigen diffusion in nanocrystalline Zr02. Rev.Adv.Mater.Sci., 2004, 6, p.7-11.

103. Knoner G., Reimann К., Rower R., Sodervall U., and Schaefer H.-E, Enhanced oxygen diffusivity in interfaces of nanocrystalline Zr02 Y203. PNAS, 2003, v.lOO, № 7, p. 3870-3873.

104. Otter M.W. A study of oxygen transport in mixed conducting oxide's using isotopic exchange and conductivity relaxation. Thesis of the University of Enschede. ISBN, 2000, p. 156.t

105. Pramananda P.T., Sridhar V., Murthy K.P.N., Easwarakumar K.S., Ramasamy S. Molecular dinamics simulations of oxygen ion diffusion in yttria-stabilized zirconia // Physica A.: Statistical Mechanics and its Applications, 2002. 309. 1-2. 35-44.

106. Sakib K.M., Saiful I.M., Bates D.R. Cation doping and diffusion in zirconia: a combined atomistic simulation and molecular dynamics study // J. Mater.Chem., 1998. 8. 10. 2299-2307.

107. Хефс Й. Геохимия стабильных изотопов (пер. с англ.), М., Мир,1983.

108. Фор Г. Основы изотопной геологии, М., Наука, 1989.

109. Борщевский Ю.А., Амосова Х.Б., Борисова С.Л., Медведовская Н.И. Способ выделения кислорода из минералов для изотопного анализа. Авт.свид.СССР, №972312, Б.И.№41, 1982.

110. Борщевский Ю.А., Амосова Х.Б., Медведовская Н.И., "Способ выделения кислорода из минералов для изотопного анализа", Авт.свид.СССР, № 1089462, Б.И.№16, 1984.

111. Clayton R.N., Mayeda Т.К. The use of bromine pentafluoride in the extraction of oxygen from oxydes and silicates for isotopic analysis. Geochim. Cosmochim.Acta. v.27, p.43-52, 1963.

112. Устинов В.И., Суховерхов В.Ф. Методы выделения элементов для изотопного анализа. В кн: Всесоюз.симпоз.по стабильным изотопам, М., с.101, 1984.

113. Суховерхов В.Ф., Устинов В.И., Гриненко В.А., «Способ выделения кислорода из неорганических материалов», Авт.свид.СССР, №787360, Б.И.№46, 1980.

114. Hartmanova М., Schneider J., Navratil V., Kundracik F., Schulz H., Lomonova E.E. Correlation between microscopic and macroscopic properties of yttria stabilized zirconia // Solid State Ionics, 2000. 136-137. P. 107 -113.

115. Ingel R.P. and Lewis D. Lattice Parameters and Density for Y2O3 -Stabilized Zr02 //J. Am. Ceram. Soc., 1988. 71. 4. P. 261-64.