Плазмохимический синтез нанопорошков композиции W–Y2O3 при использовании термической плазмы электродугового разряда

Представлены результаты экспериментальных исследований получения нанопорошков системы W-Y2O3 при использовании плазмохимического синтеза. Основной задачей было получение нанопорошков композиции W-Y2O3 с равномерным распределением оксида иттрия. Методы. Исследования процесса получения нанопорошков композиции проводились на экспериментальной установке, разработанной в ИМЕТ РАН (патент РФ 2311225), при взаимодействии смеси исходных прекурсоров триоксида вольфрама и ацетата иттрия с азотно-водородной плазмой, генерируемой с помощью электродугового плазмотрона мощностью до 30 кВт. Результаты. Для определения равномерности распределения оксида иттрия в порошках были проведены исследования с помощью электронной микроскопии с элементным микроанализом (ЭДС). Равномерность распределения в композиции наблюдается для разных заданных концентраций оксида иттрия (0,3; 1,2; 5,0 мас. %) на стадии приготовления смеси прекурсоров и для синтезируемых нанопорошков композиции, - расчетное содержание оксида иттрия в композиции соответствует 0,3; 1,3; 4,5 мас. % для смеси исходного сырья и 0,6; 1,0; 3,8 мас. % для получаемых нанопорошков композиции соответственно. Анализ содержания газовых примесей показал, что содержание углерода не превышает 0,03-0,04 мас. %, а содержание кислорода находится на уровне 2,2-2,6; 1,7 2,0; 3,5-5,0 мас. % для нанопорошков композиции W-Y2O3 с заданной концентрацией оксида иттрия 0,3; 1,2 и 5,0 мас. % соответственно. Содержание азота в нанопорошках композиции и нанопорошке вольфрама (0,1-0,2 мас. %) соответствует физической адсорбции на поверхности наночастиц. Отмечено, что содержание 1,2 мас. % оксида иттрия в композиции придает порошку устойчивость к окислению по сравнению с нанопорошком чистого вольфрама; содержание кислорода для W-Y2O3 (1,2%) соответствует [O] = 1,7-2,0% (с учетом содержания кислорода в оксиде иттрия [O]Y2O3 = 0,26%), а в нанопорошке вольфрама [O] = 2,2-2,4%. Микрофотографии РЭМ и ПЭМ показывают, что наночастицы композиции имеют характерный размер 20-200 нм. С помощью ЭДС микроанализа установлено, что достигается равномерное распределение оксида иттрия по поверхности всех наночастиц вольфрама. Результаты рентгенофазового анализа показали, что в нанопорошке композиции W-Y2O3 присутствуют a-фаза W и следы W3O, наличие Y2O3 малозаметно. При сравнении с наночастицами вольфрама для композиции W-Y2O3 отмечены незначительное изменение параметра решетки (а) с 3,166 до 3,167 А и увеличение размера кристаллита (ОКР) с 32 до 36-38 нм. Выводы. Установлены закономерности формирования композитных нанопорошков W-Y2O3с содержанием оксида иттрия в диапазоне от 0,3 до 5,0 мас. %, определены параметры и условия проведения плазмохимического синтеза, при которых достигается полное превращение исходных реагентов в целевые продукты (W и Y2O3) с равномерным распределением оксида иттрия в синтезируемых нанопорошках. Статья подготовлена в рамках VII Международного симпозиума по материалам и технологиям здравоохранения, энерго- и биобезопасности, рациональному природопользованию. Южно-Сахалинск, Россия, 25-28 августа 2025 г. Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ключевые слова

Авторы

Ссылки