Оксид гадолиния ГдО-Г в Минске

Оксид гадолиния ГдО-Г — материал для функциональной керамики и ядерной техники

Оксид гадолиния ГдО-Г — порошковый материал высокой чистоты, предназначенный для производства спеченной керамики, люминофоров и компонентов ядерных реакторов. Марка ГдО-Г соответствует техническим условиям на оксид редкоземельного металла с нормированным содержанием основного вещества и контролируемым уровнем примесей. В отличие от технических марок, ГдО-Г ориентирован на применения, где критичны стехиометрия состава, дисперсность частиц и воспроизводимость свойств партии.

Химический состав и чистота

Содержание GdO в марке ГдО-Г составляет не менее 99,99 % (по редкоземельной основе). Суммарная доля примесей редкоземельных элементов (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y) не превышает 0,01 %, а содержание нередкоземельных примесей — Fe, Si, Ca, Cu, Ni, Cl — лимитируется на уровне 110–110 % в зависимости от позиции ТУ. Контроль примесного состава выполняется методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрии (ИСП-МС).

Гранулометрический состав порошка ГдО-Г характеризуется средним размером частиц 1–5 мкм (по данным лазерной дифракции). Удельная поверхность по БЭТ находится в диапазоне 3–10 м/г, что обеспечивает достаточную активность к спеканию без неконтролируемой агрегации. Насыпная плотность — 1,2–2,0 г/см, плотность после утряски — до 2,8 г/см.

Физико-химические свойства

Оксид гадолиния ГдО-Г кристаллизуется в кубической сингонии (тип C-MO, пространственная группа Ia-3) с параметром решетки a = 1,081 нм. Температура плавления — 2420 C, плотность монокристалла — 7,41 г/см. Материал обладает высокой термической стабильностью вплоть до 2000 C на воздухе, не претерпевает полиморфных переходов в диапазоне рабочих температур.

Ключевая особенность GdO — высокое эффективное сечение захвата тепловых нейтронов (49 000 барн для изотопа Gd), что определяет его применение в системах управления и защиты ядерных реакторов. Оптическая ширина запрещенной зоны — около 5,4 эВ, показатель преломления — 1,95 (при 589 нм).

Применение

• Производство гадолиний-галлиевого граната (ГГГ, GdGaO) для подложек магнитооптических устройств и лазерной техники.
• Изготовление поглощающих элементов (ПЭЛ) и стержней СУЗ для водо-водяных реакторов — в виде спеченных таблеток GdO или смесей с UO (гадолиниевый выгорающий поглотитель).
• Синтез люминофоров для рентгеновских экранов и сцинтилляционных детекторов — активированных европием (GdO:Eu) и тербием (GdO:Tb).
• Изготовление керамических тиглей и изложниц для плавки тугоплавких металлов и сплавов в вакуумных индукционных печах.
• Производство оптической керамики для ИК-окон и лазерных элементов, работающих в среднем ИК-диапазоне (2–6 мкм).
• Добавка в составы теплозащитных покрытий для лопаток газотурбинных двигателей — стабилизация кубической фазы ZrO.

Технологические особенности переработки

Для формования заготовок из ГдО-Г применяются методы одноосного прессования при 100–200 МПа и изостатического прессования при 200–300 МПа. Спекание проводится на воздухе при 1550–1700 C с выдержкой 2–4 ч; достижимая относительная плотность — 97–99 % от теоретической. Для получения прозрачной керамики используется вакуумное спекание при 1700–1800 C или искровое плазменное спекание (SPS) при 1400–1500 C.

При введении GdO в топливные таблетки UO (типичное содержание 5–10 мас. %) порошок предварительно смешивается с диоксидом урана в шаровых мельницах в течение 2–4 ч для достижения гомогенности на уровне 0,3 мас. %. Температура спекания таблеток с гадолиниевым выгорающим поглотителем — 1700–1750 C в восстановительной атмосфере.

Условия хранения и безопасности

Порошок ГдО-Г гигроскопичен — при хранении на открытом воздухе возможно поглощение влаги и CO с образованием карбонатов на поверхности частиц. Рекомендуется хранение в герметичной таре из полиэтилена с влагопоглотителем при температуре 15–25 C и относительной влажности не более 60 %. Срок хранения — 24 месяца с даты изготовления при соблюдении условий.

Материал относится к 4-му классу опасности (малоопасные вещества). Пыль GdO при вдыхании может вызывать раздражение дыхательных путей; при работе с порошком необходима вентиляция и средства индивидуальной защиты — респиратор класса FFP2/FFP3, защитные очки, перчатки из нитрила. ПДК в воздухе рабочей зоны — 2 мг/м (по оксиду гадолиния).

Вопросы и ответы