Анотація до роботи:

Лакиза С.М. Діаграми стану систем Al₂O₃–ZrO₂–Ln₂O₃ (Ln = лантаноїди). Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 – фізична хімія. Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2008.

Вперше проведено систематичне дослідження фазових рівноваг в системах Al₂O₃–ZrO₂–Ln₂O₃ (Ln = La, Nd, Sm, Gd, Y, Er, Yb) у всьому інтервалі концентрацій та інтервалі температур 1250–2700 С. Діаграми стану представлено у вигляді проекцій поверхонь ліквідусу та солідусу, ізотермічних при 1250 та 1650 С та політермічних перерізів, діаграм плавкості та схем кристалізації. Взаємодія у системах характеризується відсутністю потрійних сполук та помітних областей потрійних твердих розчинів. Затвердівання сплавів завершується евтектичними реакціями. Вперше знайдено 13 квазідвофазних та 26 трифазних евтектик. Встановлені закономірності дозволили спрогнозувати будову діаграм стану систем з участю інших лантаноїдів, а також систем-аналогів Al₂O₃–HfO₂–Ln(Y)₂O₃, справедливість якої підтверджено вибірковим експериментом. Зроблено спробу встановити закономірності кристалізації трифазних евтектик.

1. Основними результатами досліджень є встановлення закономірностей взаємодії фаз у тугоплавких потрійних системах, утворених оксидами алюмінію, цирконію з оксидами лантаноїдів та ітрію в області температур 1250–2800 С. Для одержання достовірних і надійних результатів про фазові рівноваги в зазначених системах використано комплекс методів, які включають ДТА в контрольованих середовищах (500–2500 С), ТА й ПТА у повітрі в геліоустановках (1600–3000 С), піч з нагрівачами з ZrO₂ до 1700 С у повітрі, гартівну піч, а також РФА, ЛРСА, хімічний аналіз, електронну та оптичну мікроскопію, петрографічні дослідження. Одержані дані використано як фізико-хімічну основу для прогнозу взаємодії у невивчених системах Al₂O₃–ZrO₂(HfO₂)–оксиди лантаноїдів та для вироблення рекомендацій про основні області застосування та типи матеріалів на основі досліджених систем.

2. Вперше вивчено фазові рівноваги в семи потрійних системах Al₂O₃–ZrO₂–Ln₂O₃, де Ln – La, Nd, Sm, Gd, Er, Yb та Y в широкому інтервалі концентрацій (0–100 %) і температур (1250–2700 С) та побудовано відповідні діаграми стану. Встановлено, що характерною рисою фазових рівноваг в усіх названих системах є відсутність в них потрійних сполук та помітних областей потрійних твердих розчинів. Характер фазових рівноваг у досліджених системах визначається діоксидом цирконію, як найбільш термодинамічно стійкою фазою. Встановлено переважно евтектичний характер взаємодії у досліджених системах. Склади однотипних трифазних евтектик при переході від La до Lu мають тенденцію до зниження вмісту ZrO₂. Стабільність надструктур, що утворюються в подвійних системах ZrO₂–Ln₂O₃, не змінюється при додаванні третього компонента. Фазові перетворення твердих розчинів на основі ZrO₂ та Ln₂O₃ відбуваються з участю рідини за трансформаційними механізмами. Вплив електронної конфігурації лантаноїдів на характер взаємодії в системах із зростанням їх компонентності обмежується на рівні подвійних систем. Одержані результати дозволили здійснити прогнози взаємодії у всіх інших потрійних системах ряду, а також системах Al₂O₃–HfO₂–Ln(Y)₂O₃. Прогнози підтверджено встановленням координат багатих на Al₂O₃ трифазних евтектик.

3. Вперше визначено фазовий та хімічний склади евтектик, а також їх температури плавлення в перспективних з точки зору створення нових матеріалів областях, що прилягають до подвійних обмежуючих систем Al₂O₃–Ln(Y)₂O₃. Встановлено, що трифазні евтектики, багаті на Al₂O₃, кристалізуються за механізмом спряженої кристалізації фаз, що відкриває можливість одержувати композиційні матеріали методом спрямованої кристалізації. Запропоновано механізми кристалізації трифазних евтектик у вивчених системах.

4. Відсутність в досліджених системах потрійних сполук та значних областей потрійних твердих розчинів у сукупності з переважно евтектичним характером взаємодії фаз дозволяє в кожному конкретному випадку визначити методи одержання композиційних матеріалів та окреслити перспективні області їх використання. Це, перш за все, високотемпературні конструкційні композиційні матеріали на основі спрямовано закристалізованих квазідвофазних та трифазних евтектик, матеріали для багатофазних теплозахисних покриттів (ТВС), а також матеріали для твердих електролітів (ТОПЕ, датчики кисню і т. п.).

5. Побудова діаграм стану систем Al₂O₃–ZrO₂–Ln₂O₃ відкриває можливість вивчення характеру взаємодії та побудови діаграм стану тетрарних систем Al₂O₃–Zr(Hf)O₂–Y₂O₃–Ln₂O₃, що суттєво розширяє можливості для створення керамічних оксидних композиційних матеріалів для нових областей техніки.

Основні результати дисертації опубліковано в роботах:

1. Лакиза С.Н. Направленно закристаллизованные эвтектики: новые перспективы для тугоплавкой оксидной керамики // Порошковая металлургия – 1990. – № 8. – С. 58–69.

2. Лакиза С.Н., Лопато Л.М., Шевченко А.В. Взаимодействие в системе Al₂O₃–ZrO₂–Y₂O₃ // Порошковая металлургия – 1994. – № 9/10. – С. 46–51.

3. Лакиза С.Н., Лопато Л.М., Назаренко Л.В. Зайцева З.А. Поверхность ликвидуса диаграммы состояния системы Al₂O₃–ZrO₂–Y₂O₃ / . // Порошковая металлургия – 1994. – № 11/12. – С. 39–43.

4. Лакиза С.Н., Лопато Л.М., Смирнов В.П. Поверхность солидуса и фазовые равновесия при кристаллизации сплавов системы Al₂O₃–ZrO₂–Y₂O₃ // Порошковая металлургия – 1995. – № 1/2. – С. 71–76.

5. Лакиза С. Н., Лопато Л. М., Кирьякова И. Е. Политермические сечения диаграммы состояния системы Al₂O₃–ZrO₂–Y₂O₃ // Порошковая металлургия – 1995. – № 11/12. – С. 74–79.

6. Лакиза С.Н., Лопато Л.М. Метастабильные фазовые равновесия в системе Al₂O₃–ZrO₂–Y₂O₃ // Порошковая металлургия – 1996. – № 11/12. – С. 51–58.

7. Lakiza S.M., Lopato L.M. Stable and metastable phase relations in the system alumina–zirconia–yttria // J. Amer. Ceram. Soc. – 1997. – V. 80, № 4. – P. 893–902.

8. Лакиза С.М., Лопато Л.М. Взаємодія в системі Al₂O₃–ZrO₂–La₂O₃ при 1250 та 1650 С // Порошковая металлургия – 2000. – № 7/8. – С. 99–103.

9. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Триангуляція та поверхня ліквідусу діаграми стану системи Al₂O₃–ZrO₂–La₂O₃ // Порошковая металлургия – 2002. – № 11/12. – С. 80–90.

10. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Поверхня солідусу та фазові рівноваги при кристалізації сплавів системи Al₂O₃–ZrO₂–La₂O₃ // Порошковая металлургия – 2003. – № 1/2. – С. 69–76.

11. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Політермічні перерізи діаграми стану системи Al₂O₃–ZrO₂–La₂O₃ // Порошковая металлургия – 2003. – № 3/4. – С. 60–67.

12. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃ZrO₂Nd₂O₃. І. Ізотермічні перерізи діаграми стану при 1250 та 1650 С // Порошковая металлургия – 2003. – № 7/8. – С. 77–86.

13. Лакиза С.М., Зайцева З.О., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Nd₂O₃. ІІ. Поверхня ліквідусу діаграми стану // Порошковая металлургия – 2004. – № 1/2. – С. 53–59.

14. Лакиза С.М., Зайцева З.О., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Nd₂O₃. ІІІ. Поверхня солідусу та фазові рівноваги при кристалізації сплавів // Порошковая металлургия – 2004. – № 11/12. – С. 79–86.

15. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Nd₂O₃. ІV. Політермічні перерізи діаграми стану // Порошковая металлургия – 2005. – № 1/2. – С. 51–59.

16. Лакиза С.М., Лопато Л.М., Редько В.П. Поверхня ліквідусу діаграми стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Gd₂O₃ в області, що багата на Al₂O₃ // Доповіді НАН України – 2005. – № 4. – С. 95–99.

17. Lakiza S.M., Lopato L.M. Phase diagram of the Al₂O₃–ZrO₂–La₂O₃ system // J. Europ. Ceram. Soc. – 2005. – Vol. 25, № 8. – P. 1373–1380.

18. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Sm₂O₃ І. Триангуляція та ізотермічні перерізи діаграми стану при 1250 й 1650 С // Порошковая металлургия – 2005. – № 11/12. – С. 40–48.

19. Lakiza S., Fabrichnaya O., Wang Ch., Zinkevich M., Aldinger F. Phase diagram of the ZrO₂–Gd₂O₃–Al₂O₃ system // J. Europ. Ceram. Soc. – 2006. – Vol. 26, № 3. – P. 233–246.

20. Lakiza S., Fabrichnaya O., Zinkevich M., Aldinger F. On the phase relations in the ZrO₂–YO_1,5–AlО_1,5 system // J. Alloys and Comp. – 2006. – Vol. 420. – P. 237–245.

21. Лакиза С.М., Зайцева З.О., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Sm₂O₃ ІІ. Поверхня ліквідусу діаграми стану // Порошковая металлургия – 2006. – № 3/4. – С. 28–35.

22. Lakiza S.M., Lopato L.M. Phase diagram of the Al₂O₃–ZrO₂–Nd₂O₃ system // J. Europ. Ceram. Soc. – 2006. – Vol. 26. – P. 3725–3732.

23. Fabrichnaya O., Lakiza S., Wang Ch., Zinkevich M., Levi C.G., Aldinger F. Thermodynamic database for the ZrO₂–YO_3/2–GdO_3/2–AlO_3/2 system and application to thermal barrier coatings // J. Phase Equilibr. Diff. – 2006. – Vol. 27, № 4. – 343–352.

24. Лакиза С.М., Зайцева З.О., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Sm₂O₃ ІІІ. Поверхня солідусу та фазові рівноваги при кристалізації сплавів // Порошковая металлургия – 2006. – № 5/6. – С. 56–64.

25. Лакиза С. М. Направлено закристалізовані евтектики в системах Al₂O₃–ZrO₂–Ln₂O₃ // Теория и практика металлургии. Спецвыпуск – 2006. – № 4-5. – С. 126–127.

26. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Sm₂O₃ ІV. Політермічні перерізи діаграми стану // Порошковая металлургия – 2006. – № 7/8. – С. 67–76.

27. Lakiza S., Lopato L. Phase diagram of the Alumina-Zirconia-Samaria system // J. Am. Ceram. Soc. – 2006. – Vol. 89, № 11. – P. 3516–3521.

28. Лакиза С. М., Редько В. П., Лопато Л. М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Er₂O₃ I. Ізотермічні перерізи при 1250 та 1650 С // Порошковая металлургия – 2006. – № 11/12. – С. 55–64.

29. Лакиза С.М., Зайцева З.О., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Er₂O₃ ІI. Поверхня ліквідусу діаграми стану // Порошковая металлургия – 2007. – № 1/2. – С. 64–71.

30. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Er₂O₃. ІІІ. Поверхня солідусу та фазові рівноваги при кристалізації сплавів // Порошковая металлургия – 2007. – № 5/6. – С. 74–83.

31. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Er₂O₃. ІV. Політермічні перерізи діаграми стану // Порошковая металлургия – 2007.– № 7/8. – С. 67–76.

32. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Yb₂O₃. І. Ізотермічні перерізи діаграми стану при 1250 та 1650 С // Порошковая металлургия – 2008. – № 3/4. – С. 60–69.

33. Лакиза С.М., Зайцева З.О., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Yb₂O₃ ІІ. Поверхня ліквідусу діаграми стану // Порошковая металлургия – 2008. – №.5/6 – С. 95–102.

34. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Yb₂O₃. ІІІ. Поверхня солідусу та фазові рівноваги при кристалізації сплавів // Порошковая металлургия – 2008. – №.7/8 – С. 60–68.

35. Лакиза С.М., Редько В.П., Лопато Л.М. Діаграма стану системи Al₂O₃–ZrO₂–Yb₂O₃. ІV. Політермічні перерізи діаграми стану // Порошковая металлургия – 2008. – №.9/10. – С. 95–105.

36. Lakiza S.M., Lopato L.M. Phase diagram of the Al₂O₃–ZrO₂–Er₂O₃ system // J. Eur. Ceram. Soc. – 2008. – Vol. 28, № 12. – P. 2389–2397.