follows from the fact that when thermal (700-1200°C) changes near the surface and at 
the surface are terminated, no changes are observed in NMR scandium spectrum as 
well. 

Thus, the addition of scandium ions to ZrO

2

 structure, after pore water and OH 

groups are removed, gives rise to forming of a strongly defective nanocrystal surface 
structure saturated with additive ions but not as a separate phase of Sс

2

О

3

 of similar 

composition. Sc NMR spectrum in Sc

2

O

3

 (Fig. 5) differs significantly from the spectra 

noted above. Formation of such a defective surface is a major obstacle in formation of 
large crystals and phase transformations in zirconium dioxide. This can be concluded 
from 

1

Н and 

45

Sс NMR data. 

 It is rather well established that when preparing ZrO

2

 from coprecipitated 

zirconium hydroxides - Sc, through their thermal dehydration two types of water 
molecules and two types of OH groups are formed in intermediate compounds. Low- 
temperature water (up to 150°C) is at the crystal surface and high-temperature water is 
(up to 400°C) in pores. Low-temperature (up to 600°C) OH groups are at the surface 
and high-temperature (up to 800°C) OH groups are in the crystal structure.  

It is also established that the number of high-temperature OH groups in ZrO

2

 with 

Sc(III) additive correlates with the number of additive ions which are localized near 
additive ions and form bridge OH groups Sc-OH-Zr. 

45

Sс NMR showed that in 

zirconium hydroxides structure with addition of 8% of Sc

2

O

3

 the removal of pore water 

and structural OH groups is followed by formation of two structurally nonequivalent 
positions of Sc ions with a quantitative ratio of 1:2 - purely oxygen polyhedra and 
polyhedra with OH groups and anionic vacancies and strongly defective nanocrystal 
surface is a major obstacle for formation of large crystals and phase transformations.  

Structural and Chemical Pattern of Zirconia Particles Formation on a 

Micro-Level When Preparing Them from Solutions. On the basis of the present-day 
ideas about chemistry of zirconium, domestic and foreign authors researches it can be 
stated that tetrameric hydroxo zirconium complex, which is the basis for formation of 
all intermediate heterophase nanostructures, is the main structural unit in formation of 
stabilized zirconia powder solid phase throughout the entire formation sequence: 
"aqueous solution of zirconium salts and stabilizing element→ hydroxo polymer Zr

1-

х

Ме

х

О

у

(OH)

x

nH

2

O → xerogel Zr

1-х

Ме

х

О

у

(OH)

x 

 → amorphous Zr

1-х

Ме

х

О

у

 (OH)

x 

 → 

crystalline Zr

1-х

Ме

х

О

у

." [8]. 

The pattern of the main physicochemical processes which lie at the basis of 

nanosized zirconia powders formation at different stages of their preparation from 
solutions on the basis of carried out research and analysis of works by K. Matsui [9-
12] is shown in Fig. 6. 

- 1408 -