Рентгенофлуоресцентный анализ керамики на основе параниобатов состава Y_3–xYb_xNbO₇

Разработана двухстадийная методика рентгенофлуоресцентного анализа высокоэнтропийных параниобатов РЗЭ состава Y_3–xYb_xNbO₇ (где x = 0 – 3), используемых в качестве термобарьерных покрытий. На первом этапе с использованием метода фундаментальных параметров (МФП) проводили экспрессный полуколичественный анализ образцов керамики и промежуточных продуктов синтеза с установлением их предварительного состава. На втором этапе по построенным градуировочным зависимостям определяли количественный состав проб. Для построения градуировочных зависимостей аналогичным получению исследуемых керамических образцов способом синтезировали серию образцов сравнения, содержащих 3,16 – 56,55 % Y, 8,78 – 71,0 % Yb и 12,83 – 19,70 % Nb. Выбраны аналитические линии элементов, свободные от спектральных наложений, и условия проведения РФА (ток и напряжение рентгеновской трубки, время экспозиции, способ учета фона вблизи аналитических линий). Относительное стандартное отклонение результатов определения Y, Yb и Nb в образцах керамики не превышало 0,66 %, относительная погрешность составляла не более 1,63 %. Полученные результаты сравнивали с расчетными содержаниями аналитов в пробах стехиометрического состава и с результатами анализа реальных образцов керамики методом ИСП-АЭС. Разработанная методика позволяет определять основные компоненты в образцах керамики и может быть использована в целях аналитического контроля процесса синтеза параниобатов РЗЭ.

1. Oses C., Toher C., Curtarolo S. High-entropy ceramics / Nat. Rev. Mater. 2020. Vol. 5. P. 295 – 309. DOI: 10.1038/s41578-019-0170-8

2. Wright A. J., Wang Q., Huang C., et al. From high-entropy ceramics to compositionally-complex ceramics: A case study of fluorite oxides / J. Eur. Ceram. Soc. 2020. Vol. 40. P. 2120 – 2129. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.015

3. Chen L., Wang Y., Hu M., et al. Achieved limit thermal conductivity and enhancements of mechanical properties in fluorite RE3NbO7 via entropy engineering / Appl. Phys. Lett. 2021. Vol. 118. N 7.071905. DOI: 10.1063/5.0037373

4. Zhao Z., Chen H., Xiang H., et al. High entropy defective fluorite structured rare-earth niobates and tantalates for thermal barrier applications / J. Adv. Ceram. 2020. Vol. 9. P. 303 – 311. DOI: 10.1007/s40145-020-0368-7

5. Chen L., Wang Y., Zheng Q., Feng J. Structures, and Thermophysical Properties Characterizations of (La1–xHox)3NbO7 Solid Solutions as Thermal Barrier Coatings / Front. Mater. 2021. Vol. 8. 703098. DOI: 10.3389/fmats.2021.703098

6. Chen L., Wu P., Song P., Feng J. Potential thermal barrier coating materials: RE3NbO7 (RE = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy) ceramics / J. Am. Ceram. Soc. 2018. Vol. 101. P. 4503 – 4508. DOI: 10.1111/jace.115798

7. Кульметьева В. Б., Вохмянин Д. С. Влияние концентрата редкоземельных элементов на стабилизацию высокотемпературных фаз и свойства керамики на основе ZrO2 – 7Y2O3 / Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019. Т. 1. С. 42 – 51. DOI: 10.17073/1997-308X-2019-1-42-51

8. Marques A. P. A. de, Künzel R., Umisedo N. K., et al. Tm3+ doped barium molybdate: A potential long-lasting blue phosphor / J. Alloys Comp. 2018. Vol. 735. P. 707 – 717. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.10.225

9. Li B., Huang X., Guo H., Zeng Y. Energy transfer and tunable photoluminescence of LaBWO6: Tb3+, Eu3+ phosphors for near-UV white LEDs / Dyes Pigm. 2017. Vol. 150. P. 67 – 72. DOI: 10.1016/j.dyepig.2017.11.003

10. Yadav R., Singh S. K., Verma R. K., Rai S. B. Observation of multi-mode: Upconversion, downshifting and quantum-cutting emission in Tm3+/Yb3+ co-doped Y2O3 phosphor / Chem. Phys. Lett. 2014. Vol. 599. P. 122 – 126. DOI: 10.1016/j.cplett.2014.03.025

11. Yang Z., Zhu J., Yan D., et al. Preparation and upconversion emission properties of Yb, Er co-doped Y2Ti2O7 upconversion inverse opal / Opt. Mater. 2012. Vol. 34. P. 1771 – 1775. DOI: 10.1016/j.optmat.2012.04.017

12. Liao J., Nie L., Liu S., et al. Yb3+ concentration dependence of upconversion luminescence in Y2Sn2O7: Yb3+/Er3+ nanophosphors / Journal of Materials Science. 2014. Vol. 49. P. 6081 – 6086. DOI: 10.1007/s10853-014-8334-9

13. Chen L., B. Li B., Guo J., et al. High-entropy perovskite RETa3O9 ceramics for high-temperature environmental/thermal barrier coatings / J. Adv. Ceram. 2022. Vol. 11. P. 556 – 569. DOI: 10.1007/s40145-021-0556-0

14. Ebeoglugil Faruk M. Processing and characterization of Tb2O3-ZrO2 insulation coatings by sol-gel technique for high temperature applications / J. Aust. Ceram. Soc. 2017. Vol. 53. P. 129 – 141. DOI: 10.1007/s41779-016-0017-3

15. Mauer G., Sebold D., Vaßen R., Stöver D. Improving Atmospheric Plasma Spraying of Zirconate Thermal Barrier Coatings Based on Particle Diagnostics / J. Therm. Spray Technol. 2012. Vol. 21. P. 363 – 371. DOI: 10.1007/s11666-011-9706-1

16. Sun G., Wang W., Sun X. Microstructure and thermal properties of high-entropy RE3MO7-type ceramics with multiple cations at RE and M sites / Ceram. Int. 2022. Vol. 48. N 6. P. 8589 – 8595. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.12.069

17. Haoming Z., Yan F., Xiaoge C., et al. Thermal properties of La3TaO7 and La2AlTaO7 oxides / Ceram. Int. 2017. Vol. 43. N 1. P. 755 – 759. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.10.00

18. Sarkar A., Loho C., Velasco L., et al. Multicomponent equiatomic rare earth oxides with a narrow band gap and associated praseodymium multivalency / Dalton Trans. 2017. Vol. 46. P. 12167 – 12176. DOI: 10.1039/C7DT02077E

19. Мазилин И. В., Балдаев Л. Х., Дробот Д. В. и др. Термические и теплофизические свойства теплозащитных покрытий на основе цирконата лантана / Перспективные материалы. 2013. № 7. С. 21 – 30.

20. Tang X.-D., Ye H.-Q., Liu H., et al. A novel visible-light-driven photocatalyst Sm2InNbO7 for H2 or O2 evolution / Chem. Phys. Lett. 2009. Vol. 484. N 1 – 3. P. 48 – 53. DOI: 10.1016/j.cplett.2009.11.003

21. Schramm R. Use of X-ray Fluorescence Analysis for the Determination of Rare Earth Elements / Phys. Sci. Rev. 2016. Vol. 1. N 9. P. 20160061. DOI: 10.1515/psr-2016-0061

22. Sitko R., Zawisza B., Czaja M. Fundamental parameters method for determination of rare earth elements in apatites by wavelength-dispersive X-ray fluorescence spectrometry / J. Anal. At. Spectrom. 2005. Vol. 20. P. 741 – 745. DOI: 10.1039/B502994E

23. Бондаренко А. В., Белоновский А. В., Кацман Я. М. Применение метода фундаментальных параметров при рентгенофлуоресцентном анализе пульповых продуктов обогащения руд / Горная промышленность. 2021. № 5 – 2. С. 84 – 88.

24. Beckhoff B., Kanngießer B., Langhoff N., et al. Handbook of Practical X-ray Fluorescence Analysis. Part 5. Quantitative Analysis. — Berlin/Heidelberg: Springer, 2006. — 863 p.

25. Борходоев В. Я. Рентгенофлуоресцентный анализ горных пород способом фундаментальных параметров. — Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1999. — 279 с.

26. Калинин Б. Д. Расширение аналитических возможностей рентгенофлуоресцентного анализа на принципах теоретических коррекций межэлементных влияний. дис. ... докт. хим. наук. — Санкт-Петербург, 2008. — 342 с.