Синтез стеклокерамики методом пропитки алюмоиттрий-эрбиевого граната расплавом стекла BaO–B2O3–Bi2O3

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Синтезированы образцы стеклокерамики методом пропитки спрессованного алюмоиттрий-эрбиевого граната расплавом стекла 20Bi2O3–65B2O3–15BaO. Серия образцов, полученная при различных температурах от 700 до 1500 °С, охарактеризована методами рентгенофазового анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии, а также проведено измерение плотности в зависимости от температуры синтеза. Выявлены условия химического и фазового формирования боратов Y, Er и их последующего ресинтеза в структуру Er:YAG.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. Д. Плехович

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Тропинина, 49, БОКС-75, Нижний Новгород, 603951

А. М. Кутьин

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Тропинина, 49, БОКС-75, Нижний Новгород, 603951

Е. Е. Ростокина

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Тропинина, 49, БОКС-75, Нижний Новгород, 603951

К. В. Балуева

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Тропинина, 49, БОКС-75, Нижний Новгород, 603951

М. Е. Комшина

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Тропинина, 49, БОКС-75, Нижний Новгород, 603951

К. Ф. Шумовская

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Тропинина, 49, БОКС-75, Нижний Новгород, 603951

И. И. Евдокимов

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Тропинина, 49, БОКС-75, Нижний Новгород, 603951

С. В. Курашкин

Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук

Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Тропинина, 49, БОКС-75, Нижний Новгород, 603951

Е. Н. Разов

Институт проблем машиностроения Российской академии наук

Email: aplekhovich@yandex.ru
Russian Federation, ул. Белинского, 85, Нижний Новгород, 603024

References

  1. Honma T., Maeda K., Nakane S., Shinozaki K. Unique Properties and Potential of Glass-Ceramics // J. Ceram. Soc. Jpn. 2022. V. 130. P. 545–551. http://doi.org/10.2109/jcersj2.22037
  2. Skiba P.A., Volkov V.P., Predko K.G., Veiko V.P. Laser-Stimulated Local Change of Glass Ceramic Optical Properties // Opt. Eng. 1994. V. 33. P. 3572–3577. https://doi.org/10.1117/12.179877
  3. Veiko V.P., Kieu Q.K., Nikonorov N.V. Laser Modification of Glass-Ceramics Structure and Properties: a New View to Traditional Material // Proc. SPIE. 2004. V. 5662. P. 119–128. https://doi.org/10.1117/12.596294
  4. Cava S., Sequinel T., Tebcherani S.M., Michel M.D., Lazaro S.R., Pianaro S.A. Microstructure of Ceramic Particles Infiltrated into Float Glass Surfaces by High Gas Pressure Impregnation // J. Alloys Compd. 2009. V. 484. P. 877–881. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.05.061
  5. Milisavljevic I., Pitcher M.J., Li J., Chenu S., Allix M., Wu Y. Crystallization of Glass Materials Into Transparent Optical Ceramics // Int. Mater. Rev. 2022. V. 68. P. 648–676. https://doi.org/10.1080/09506608.2022.2107372
  6. Zawada A., Przerada I., Lubas M., Sitarz M., Leśniak M. Application of Statistical Methods in Predicting the Properties of Glass-Ceramic Materials Obtained from Inorganic Solid Waste // Materials. 2021. V. 14. Р. 2651. https://doi.org/10.3390/ma14102651
  7. Naprasnikov D.A., Maltsev V.V., Leonyuk N.I. YAl3(BO3)4– and GdAl3(BO3)4– Based Glass-Ceramic Composites // Inorg. Mater. 2016. V. 52. P. 68–75. https://doi.org/10.1134/S0020168515120092
  8. Naprasnikov D.A., Maltsev V.V., Leonyuk N.I., Gorbachenya K.N., Kurilchik S.V., Kisel V.E., Kuleshov N.V. Micro-Crystallization and Spectroscopic Properties of Er,Yb:RAl-Borates (R=Y,Gd) Obtained in RAl3(BO3)4–K2Mo3O10–B2O3–R2O3 and RAl3(BO3)4–B2O3 Systems // J. Cryst. Growth. 2017. V. 457. P. 302–306. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.04.044
  9. Moncorge R., Merkle L.D., Zandi B. UV-Visible Lasers Based on Rare-Earth Ions// Mater. Res. Soc. Bull. 1999. V. 24. P. 21–26. https://doi.org/10.1557/S088376940005301X
  10. Allain J.Y., Minerie M., Piognant H. Tunable Green Upconversion Erbium Fibre Laser // Electron. Lett. 1992. V. 28. P. 111–113. https://doi.org/10.1049/EL:19920068
  11. Mcfarlane R.A. Dual Wavelength Visible Upconversion Laser // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 54. P. 2301. https://doi.org/10.1063/1.101108
  12. Gao G., Wei J., Shen Y., Peng M., Wondraczek L. Heavily Eu2O3-Doped Yttria-Aluminoborate Glasses for Red Photoconversion with a High Quantum Yield: Luminescence Quenching and Statistics of Cluster Formation // J. Mater. Chem. C. 2014. V. 2. P. 8678. https://doi.org/10.1039/C4TC01447B
  13. Бобкова Н.М., Трусова Е.Е., Захаревич Г.Б. Фазообразование, стеклообразование и свойства стекол в системе BaO–Bi2O3–B2O3 // Стекло и керамика. 2012. № 11. С. 9–13.
  14. Егорышева А.В., Володин В.Д., Скориков В.М. Стеклообразование в системе Bi2O3-B2O3-BaO // Неорган. материалы. 2008. Т. 44. № 11. С. 1397–1401.
  15. Bobkova N.M. Properties and Structure of Bismuth-Borate Glasses (Review) // Glass Ceram. 2016. V. 72. P. 360–365. https://doi.org/10.1007/s10717-016-9790-2
  16. Bobkova N.M. Study of the Properties of Bismuth-Borate Systems toward Low-Melting Lead-Free Glasses // Glass Phys. Chem. 2012. V. 38. P. 180–183. https://doi.org/10.1134/S108765961201004X
  17. Barbier J., Penin N., Denoyer A., Granswic L.M.D. BaBiO4, a Novel Noncentrosymmetric Borate Oxide // Solid State Sci. 2005. V. 7. P. 1055–1061. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2004.11.031
  18. Levin E.M., McMurdie H.F. The System BaO-B2O3 // J. Am. Ceram. Soc. 1949. V. 32. P. 99–105. https://doi.org/10.1111/J.1151-2916.1949.TB18932.X
  19. Hovhannisyan M. Phase Diagram of the Ternary BaO-Bi2O3-B2O3 System: New Compounds and Glass Ceramic Characterization// Advances in Ferroelectrics/ Ed. Pelaiz-Barranco A. London: IntechOpen, 2012. P. 127–162. https://doi.org/10.5772/52405
  20. Fischer R.X., Schneider H. Crystal Chemistry of Borates and Borosilicates with Mullite-Type Structures: a Review // Eur. J. Mineral. 2008. V. 20. P. 917–933. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2008/0020-1831
  21. Li Y., Chang R.P.H. Synthesis and Characterization of Aluminum Borate (Al18B4O33, Al4B2O9) Nanowires and Nanotubes // Mater. Chem. Phys. 2006. V. 97. P. 23–30. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2005.06.023
  22. Алексеева Л.С., Нохрин А.В., Орлова А.И., Болдин М.С., Ланцев Е.А., Мурашов А.А., Чувильдеев В.Н. Москвичев А.А. Изучение теплопроводности мелкозернистой композиционной керамики YAG:Nd/SiC для инертных топливных матриц // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 6. C. 689–695. https://doi.org/10.31857/S0002337X23060027
  23. Хайдуков Н.М., Никонов К.С., Бреховских М.Н., Кирикова Н.Ю., Кондратюк В.А., Махов В.Н. Синтез и люминесцентные свойства многокомпонентных гранатов Y3MgGa3SiO12, Y3MgGa2AlSiO12 и Y3MgGaAl2SiO12, легированных ионами Cr3+ // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 8. С. 1030–1041. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600470
  24. Алексеева Л.С., Нохрин А.В., Орлова А.И., Болдин М.С., Воронин А.В., Мурашов А.А., Чувильдеев В.Н. Изучение химической устойчивости керамики на основе оксида Y2.5Nd0.5Al5O12 со структурой граната в различных средах // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 8. С. 942-950. https://doi.org/10.31857/S0002337X23080018
  25. Kutyin A.M., Rostokina E.Ye., Gavrishchuk E.M., Drobotenko V.V., Plekhovich A.D., Yunin P.A. Kinetics and Formation Mechanism of Yttrium Aluminum Garnet from an Amorphous Phase Prepared by the Sol–Gel Method // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 10616–10623. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.04.161
  26. Balabanov S.S., Gavrishchuk E.M., Rostokina E.Ye., Plekhovich A.D., Kuryakov V.N., Amarantov S.A., Khamaletdinova N.M., Yavetskiy R.P. Colloid Chemical Properties of Binary Sols as Precursors for YAG Optical Ceramics // Ceram. Int. 2016. V. 42. P. 17571–17580. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.08.071
  27. Plekhovich A.D., Kut’in A.M., Rostokina E.E., Komshina M.E., Balueva K.V., Ignatova K.F., Shiryaev V.S. Controlled Crystallization of BaO–B2O3–Bi2O3 Glass in the Temperature Range of a Supercooled Melt in the Presence of Additional Nucleation Centers // J. Non-Cryst. Solids. 2022. V. 588. P. 121629. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.121629
  28. Balabanov S.S., Gavrishchuk E.M., Drobotenko V.V., Plekhovich A.D., Rostokina E.E. Effect of the Composition of Starting Yttrium Aluminum Hydroxide Sols on the Properties of Yttrium Aluminum Garnet Powders // Inorg. Mater. 2014. V. 50. P. 1030–1034. https://doi.org/10.1134/S0020168514100033
  29. Плехович А.Д., Ростокина Е.Е., Кутьин А.М., Гаврищук Е.М. Кинетика формирования алюмоиттриевого граната из аморфной фазы гидрозолей разного состава // Неорган. материалы. 2022. T. 58. № 12. С. 1353–1360. https://doi.org/10.31857/S0002337X22120090
  30. Rostokina E.Ye., Plekhovich А.D., Kut’in А.M., Georgiu I.F., Balabanov S.S., Komshina M.E. Kinetic Effects of Substitution Er3+ for Y3+ in Y1-xErx)3Al5O12 Garnet // J. Eur. Ceram. Soc. 2021 V. 41. P. 5324–5330. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.03.065
  31. Zhou Y., Xiang H. Al5BO9: A Wide Band Gap, Damage-Tolerant, and Thermal Insulating Lightweight Material for High-Temperature Applications // J. Am. Ceram. Soc. 2016. V. 99. P. 2742–2751. https://doi.org/10.1111/jace.14261
  32. Liu L., Yang Y., Dong X., Lei C., Han S., Pan S. Ba2B6O11, a Member of the BaO-B2O3 Family, Featuring a Layer Framework // Eur. J. Inorg. Chem. 2015. P. 3328–3335. https://doi.org/10.1002/EJIC.201500399
  33. Decterov S.A., Swamy V., Jung I.-H. Thermodynamic Modeling of the B2O3 –SiO2 and B2O3–Al2O3 Systems // Int. J. Mater. Res. 2007. V. 98. P. 987–994. https://doi.org/10.3139/146.101555

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. X-ray diffraction patterns of Er:YAG/20Bi2O3–65B2O3–15BaO glass ceramic samples under different synthesis conditions using the impregnation method

Download (149KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Curves of synchronous thermal analysis at a heating rate of a mixture of 20Bi2O3–65B2O3–15BaO glass and formed garnet (Y0.5Er0.5)3Al5O12 of 15°C/min to 1400°C

Download (108KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. DSC curves of synthesized glass ceramic samples at different temperatures (in °C) of isothermal holding

Download (102KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dilatometric curve of a glass crystal sample obtained during isothermal holding at 800°C

Download (42KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The number of elements (ni) in glass ceramics relative to nBa depending on the synthesis temperature (the dotted line is the ratio of the glass and crystalline phase contents ngl/ncr)

Download (102KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Change in glass composition depending on the isothermal holding temperature (the planned glass composition 20Bi2O3–65B2O3–15BaO is marked with crosses at 800°C)

Download (82KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Micrographs of Er:YAG/20Bi2O3–65B2O3–15BaO glass-ceramic samples obtained at 700 (1), 1100 (2), 1250°C (3)

Download (260KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Luminescence spectrum of Er:YAG/20Bi2O3–65B2O3–15BaO glass ceramic samples obtained by impregnation at 800, 1100 and 1500°C, when excited by a semiconductor laser at a wavelength of 975 nm

Download (109KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences