Nd掺杂钙钛锆石(CaNdZrTiO)相变行为的研究

作     者：提学超 李伟民 

作者机构：西南科技大学国防科技学院 四川航天职业技术学院汽车工程系 

出 版 物：《有色金属科学与工程》 (Nonferrous Metals Science and Engineering)

年 卷 期：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0713[理学-生态学] 

基　　金：国家863“高放废液分离、处理工艺及关键设备技术研究资助项目”(2009AA050703) 

主　　题：Nd -掺杂 钙钛锆石-2M 相关系 有序-无序 

摘      要：为研究钙钛锆石对放射性元素Am3+的稳定固化作用，以Nd3+为Am3+的模拟元素，系统研究了高温固相法制备Ca1-xNdxZrTi2O7+x/2时，Nd3+异价取代钙钛锆石晶格中Ca2+位(0.0≤x≤1.0)所导致的相态演变行为。合成Ca1-xNdxZrTi2O7+x/2的XRD、Raman、BSE和EDS测试结果表明：钙钛锆石(Zirconolite)晶格对Nd3+离子的固溶量可达70 at %(x=0.7)，可有效实现对Am3+模拟元素Nd3+离子的固化。但随着Nd3+掺杂量(x≤0.3)增加，Zirconolite-2M晶格中O2-和Nd3+的无序化程度逐渐增加、(Ca/Nd)－O键长逐渐变小，直至(x=0.4)引起Zr4+、Ti4+附近的O2-配位数发生改变(ZrO7→ZrO8、TiO5→TiO6)，Zirconolite-2M晶格结构开始向Zirconolite-4M转变。x=0.5时，陶瓷体完全转变为Zirconolite--4M晶格且O2-和Nd3+有序度重新变高、Ti—O键长增加；直至x=0.6 、0.7陶瓷体仍为单一Zirconolite-4M结构，但晶格中O2-和Nd3+的有序度又逐渐降低，以至于在x=0.7陶瓷体亚晶格中微量Ca2+、Zr4+、Nd3+离子占位转变为烧绿石(Pyrochlore)结构。而在0.8≤x≤0.9范围内，Zirconolite-4M结构完全消失，陶瓷体为多相共存状态(Pyrochlore、ZrTiO4和Nd2(TiZr)4O11物相)。Nd3+完全取代Ca2+位(x=1.0)时，陶瓷体变为单一Nd2(TiZr)4O11固溶体相。陶瓷体晶粒的BSE和EDS分析证实了这种相变规律。