Yurchenko Y. Phase interactions in ZrO2–HfO2–Ln2O3 ternary oxide systems, where Ln = La, Nd, Sm, Eu, and Gd

Українська версія

Thesis for the degree of Candidate of Sciences (CSc)

State registration number

0425U000257

Thesis Registration Form

0425U000257.pdf

Applicant for

Specialization

  • 02.00.04 - Фізична хімія

18-09-2025

Specialized Academic Board

Д 26,207,02

Frantsevich Institute for Problems of Materials Science National Academy of Science of Ukraine

Essay

The dissertation highlights research into phase equilibria in ternary systems ZrO2–HfO2–Ln2O3 (where Ln = La, Nd, Sm, Eu, and Gd), patterns of physicochemical interaction in these oxide systems, and the construction of corresponding isothermal sections. The research was conducted using the following methods: scanning electron microscopy (SEM), phase analysis by X-ray diffraction (XRD), and energy-dispersive spectroscopy (EDS). The content of the thesis is presented in eight chapters, which present the main results of the dissertation work. The introduction justifies the relevance, defines the purpose and objectives, and describes the subject, object, and methodology of the research, establishing the scientific novelty and practical significance of the results obtained in the dissertation. The first chapter provides a literature review containing an analysis of boundary binary systems for studying phase interactions in ZrO2–HfO2–Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd) ternary oxide systems. The literature lacks information about phase interactions in the studied ternary oxide systems. It has been determined that clarifying the boundaries of phase fields in the binary HfO2–Gd2O3 system is necessary for studying phase interactions in the ternary ZrO2–HfO2–Gd2O3 system. The second chapter describes an experimental approach that combines the qualities of the initial materials, preparation, and heat treatment processes, as well as methods for identifying the phase composition and studying the structure of samples. Chapters three through seven present the results of the research on phase interactions in ZrO2–HfO2–Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd) ternary oxide systems. The dataset provides information on the phase and chemical composition of the samples, the unit cell parameters of the formed phases, the dependencies of these parameters on composition, micro-imaging, and XRD (EDS) patterns. Based on these data, it has been determined that solid solutions form in these systems from polymorphic crystal forms of the initial components, and an ordered phase with a pyrochlore-type cubic structure. Derived solid solutions form via isovalent and heterovalent substitution mechanisms, and their structural stability depends on the ionic-coordination factors. The obtained data indicate the formation of a continuous series of solid solutions with an ordered phase with a pyrochlore-type structure for all of the examined systems except for the isothermal section of the ZrO2–HfO2–Gd2O3 phase diagram at 1600 °С in which a boundary solid solution forms instead. Isothermal sections of the phase diagrams for the ZrO2–HfO2–Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd) ternary systems were constructed at temperatures of 1100, 1250, 1500, 1600, and 1700 °C. The eighth chapter describes the structure patterns of the ZrO2–HfO2–Ln2O3(Ln = La – Yb) ternary systems, particularly the prediction for the isothermal sections of the ZrO2–HfO2–RE2O3 (RE = Dy, Yb, Y) ternary phase diagrams at 1500 °C. It also provides prediction for the isothermal sections at 1900 and 2100 °C, as well as the projections of the liquidus surface contours of the ZrO2–HfO2–Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd) ternary phase diagrams. The results of the study of phase interactions in ZrO2–HfO2–Ln2O3 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd) ternary oxide systems, which are presented here, can be used as a reference for developing novel structural and functional materials. The selected temperature range corresponds to the production and operational conditions of ceramics based on hafnium dioxide, zirconium dioxide, and lanthanide oxides.

Read more

Research papers

1. Юрченко, Ю. В., Корнієнко, О. А., Биков, О. І., Самелюк, А. В. (2022). Ізотермічний переріз діаграми стану системи ZrO2–HfO2–Sm2O3 при 1600 °С.Journal of Chemistry and Technologies (Q4), 30(1), 34–43. DOI:10.15421/jchemtech. V30i1.245246

2. Yurchenko, Yu. V., Kornienko, O. A., Bykov, O. I., Samelyuk, A. V., Bataiev, Yu. M., Yushkevych, S. V., Zamula, M. V. (2022). Phase equilibrium in the ZrO2–HfO2–Sm2O3 system at 1500 °С. Chem. Thermodyn. Therm. Anal., 8, 100093. DOI:10.1016/ j.ctta.2022.100093

3. Юрченко, Ю. В., Корнієнко, О. А., Корічев, С. Ф., Юшкевич, С. В. (2023). Ізотермічний переріз потрійної діаграми стану системи ZrО2–HfO2–Eu2O3 за температури 1100 °С. Вісник ОНУ. Хімія, 28, 2(85), 72–82. DOI:10.18524/2304-0947.2023.2(85).286605

4. Korniienko, O. A., Yurchenko, Yu. V., Olifan, О. І., Samelyuk, A. V., Zamula, M. V. (2023). Isothermal section of the ZrO2–HfO2–Nd2O3 ternary phase diagram at 1100 °C. Hybrid Adv., 4, 100085. DOI:10.1016/j.hybadv.2023.100085

5. Yurchenko, Yu. V., Korniienko, O. A., Bykov, O. I., Samelyuk, A. V., Yushkevych, S. V., Zamula, M. V. (2023). Phase equilibria in the ZrO2–HfO2–Nd2O3 system at 1500 °C and 1700 °C. Open Ceram. (Q2), 15, 100421. DOI:10.1016/j. oceram.2023.100421

6. Yurchenko, Yu. V., Kornienko, O. A., Olifan, O. I., Sameliuk, A. V., Yushkevych, S. V., Zamula, M. V. (2024). Experimental study of isothermal sections of the ZrO2–HfO2–Eu2O3 ternary diagram at 1500 °С and 1700 °С. CALPHAD: Comput. Coupling Ph. Diagr. Thermochem. (Q2), 86, 102721. DOI:10.1016/j.calphad.2024. 102721

7. Kornienko, O., Yurchenko, Yu., Olifan, O., Samelyuk, A., Zamula, M., Pavlenko, O. (2024). Phase relations in the La2O3–ZrO2–HfO2 system at 1250 °C and 1500 °C. Chem. Thermodyn. Therm. Anal. (Q3), 100144. DOI:10.1016/j.ctta.2024. 100144

8. Юрченко, Ю. В., Корічев, С. Ф., Барщевська, Г. К., Забіяка, К. І. (2024). Ізотермічний переріз потрійної діаграми стану системи La2O3–ZrО2–HfO2 при 1100 °С. Вісник ОНУ. Хімія, 29, 2(88), 85–93. DOI:10.18524/2304-0947.2024.2(88). 322133

9. Юрченко, Ю. В., Корнієнко, О. А. (2019). Фазові взаємодії в системі ZrO2– HfO2–La2O3 при 1600 °С.ХІ Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів «Хімічні Каразінські читання – 2019» (22–24 квітня 2019 р., м. Харків), 45–46.

10. Юрченко, Ю. В., Барщевська, Г. К., Биков, О. І., Корнієнко, О. А., Самелюк, А. В. (2021). Фазові рівноваги в системі ZrO2–HfO2–Sm2O3 при температурі 1500 °С.V Всеукраїнська наукова конференція «Актуальні задачі хімії: дослідження та перспективи» (15 квітня 2021 р., м. Житомир),199–200.

11. Юрченко, Ю. В., Биков, О. І., Самелюк, А. В., Корнієнко, О. А. (2021). Ізотермічний переріз діаграми стану системи ZrO2–HfO2–Sm2O3 при 1600 °С.VІI Всеукраїнська науково-практична конференція «Актуальні проблеми науково-промислового комплексу регіонів – 2021» (17–21 травня 2021 р., м. Рубіжне),54–55.

12. Kornienko, O. A., Yurchenko, Yu. V., Bykov, O. I., Samelyuk, A. V., Zamula, M. V. (2022). Phase relation studies in the ZrO2–HfO2–Nd2O3 system at 1500 °С. VIIIthInternational Samsonov Conference «Materials Science of Refractory Compounds» (MSRC–2022, May 24–27, 2022, Kyiv, Ukraine), 14.

13. Sholom, A. A, Spasonova, L. M., Yurchenko, Yu. V., Olifan, O. I., Kornienko, O. A. (2023). Phase equilibria in ternary ZrO2–HfO2–Ln2O3 (Ln = Nd, Sm) systems at 1500 °С.4th International Congress on Materials & Structural Stability (P1–407, March 8–10, 2023, Rabat, Morocco), 167.

14. Юрченко, Ю. В., Корнієнко, О. А., Биков, О. І., Самелюк, А. В., Замула, М. В. (2023). Фазові рівноваги в потрійній системі ZrO2–HfO2–Nd2O3 при 1700 °С в атмосфері повітря. VI Міжнародна (ХVI Українська) наукова конференція студентів, аспірантів і молодих учених «Хімічні проблеми сьогодення» (ХПС–2023, 21–23 березня 2023 р., м. Вінниця),81.

15. Юрченко, Ю. В., Корнієнко О. А., Замула М. В., Самелюк А. В., Оліфан О. І., Суббота І. С. (2023). Ізотермічний переріз діаграми стану трикомпонентної системи ZrO2–HfO2–Nd2O3 за температури 1100 °С. XIV Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів «Хімічні Каразінські читання – 2023» (24–26 квітня 2023 р., м. Харків), 60–61.

16. Юрченко, Ю. В., Корнієнко, О. А., Корічев, С. Ф., Замула, М. В., Самелюк, А. В., Спасьонова, Л. М. (2023). Ізотермічний переріз діаграми стану системи на основі діоксидів цирконію, гафнію та оксиду європію при 1500 °С.VІІ Всеукраїнська наукова конференція «Актуальні задачі хімії: дослідження та перспективи» (АЗХ 2023, 19 квітня 2023 р., м. Житомир), 153–154.

17. Yurchenko, Yu. V., Korniienko, O. A., Korichev, S. F., Samelyuk, A. V., Zamula, M. V., Spasonova, L. N. (2023). Phase equilibria in the ZrO2–HfO2–Eu2O3 system at 1700 °С.8th International Materials Science Conference HighMatTech–2023 (October 2–6, 2023, Kyiv, Ukraine), 52.

18. Юрченко, Ю. В., Корнієнко, О. А., Корічев, С. Ф., Замула, М. В., Самелюк, А. В., Барщевська, Г. К. (2024). Фазові рівноваги в системі ZrO2–HfO2–La2O3 за температури 1500 °С.VII Міжнародна (XVII Українська) наукова конференція студентів, аспірантів і молодих учених «Хімічні проблеми сьогодення» (19–21 березня 2024 р., м. Вінниця), 119.

19. Korniienko, O., Yurchenko, Yu., Korichev, S., Sameljuk, А., Barchevska, H., Subota І. (2024). Phase relation of the ZrO2–HfO2–La2O3 system at 1500–1100 °С. IXth International Samsonov Conference «Materials Science of Refractory Compounds» (MSRC–2024, May 27–30, 2024, Kyiv, Ukraine), 17.

Read more

Files

autoreferat-aref-doc.pdf

dis-.pdf

evolution-РІШЕННЯ щодо присудження наукового ступеню (1).pdf

Similar theses

0425U000327

Yuliia A. Stetsiv

Physico-chemical properties of polyaniline films on polymeric substrates

0525U000400

Oleksiy V. Durov

Wetting and contact interaction in systems containing dioxides of elements of group IVb (TiO2, ZrO2, HfO2) and metal melt.

0425U000285

Alina A. Makudera

ZrO2 stabilized by a series of REE oxides of the yttrium subgroup as a basis for designing of novel thermal barrier coatings

0425U000206

Mykola V. Kravchenko

Zirconium and magnesium granulated silicate sorbents for the removal of heavy metal ions.

0525U000046

Svitlana V. Prudius

Synthesis and catalytic properties of mixed acidic oxides based on elements of III-IV groups.