Моделирование фазовых равновесий в системе La2O3–SrO–ZrO2 с привлечением базы данных NUCLEA

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучены фазовые равновесия в системе La2O3–SrO–ZrO2, перспективной в качестве основы для разработки высокотемпературной керамики и материалов с уникальными оптическими, электрохимическими и каталитическими свойствами. Проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий в рассматриваемой системе с привлечением базы данных NUCLEA и минимизатора энергии Гиббса GEMINI2. Рассчитано 13 изотермических и одно политермическое сечение фазовой диаграммы системы La2O3–SrO–ZrO2 в температурном интервале 600–3023 K. Полученные данные о фазовых равновесиях в системе La2O3–SrO–ZrO2 сопоставлены с известной информацией для соответствующих бинарных систем. Показано, что фазовые соотношения в изученной системе полностью коррелируют с наличием фаз, присутствующих в соответствующих бинарных системах. Рассмотрены изменения фазовых соотношений и границ одно-, двух- и трехфазных областей в исследуемой системе при повышении температуры. Выявлены четыре точки тройной эвтектики при 2039, 2105, 2120 и 2351 K.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Ворожцов

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.vorozhcov@rambler.ru
Россия, Санкт-Петербург

В. И. Альмяшев

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН; Научно-исследовательский технологический институт им. А.П. Александрова

Email: v.vorozhcov@rambler.ru
Россия, Санкт-Петербург; Сосновый Бор

В. Л. Столярова

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: v.vorozhcov@rambler.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Sarkar A., Djenadic R., Wang D. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. № 5. P. 2318. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.058
  2. Vinnik D.A., Trofimov E.A., Zhivulin V.E. et al. // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 2. P. 268. https://doi.org/10.3390/NANO10020268
  3. Zaitseva O.V., Gudkova S.A., Trofimov E.A. et al. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2021. V. 1014. № 1. P. 012060. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1014/1/012060
  4. Ma W., Jin X.-L., Ren Y. et al. // ITSC Proc. 2015. P. 867. https://doi.org/10.31399/asm.cp.itsc2015p0867
  5. Nalbandian L., Evdou A., Zaspalis V. // Int. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. № 11. P. 6657. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.02.146
  6. Keller M., Anderson D.P., Leion H. et al. // Appl. Catal., A: Gen. 2018. V. 550. P. 105. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2017.10.020
  7. Klimkowicz A., Świerczek K., Takasaki A. et al. // Solid State Ionics. 2014. V. 257. P. 23. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2014.01.018
  8. Speakman S.A., Carneim R.D., Payzant E.A. et al. // J. Mater. Eng. Perform. 2004. V. 13. № 3. P. 303. https://doi.org/10.1361/10599490419270
  9. Dąbrowa J., Olszewska A., Falkenstein A. et al. // J. Mater. Chem. A. 2020. V. 8. № 46. P. 24455. https://doi.org/10.1039/d0ta06356h
  10. Antonova E., Tropin E., Khodimchuk A. // Ionics. 2022. V. 28. № 11. P. 5181. https://doi.org/10.1007/s11581-022-04750-w
  11. Yan J., Wang D., Zhang X. et al. // J. Mater. Sci. 2020. V. 55. № 16. P. 6942. https://doi.org/10.1007/s10853-020-04482-0
  12. Shestakov V.A., Grachev E.V. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 4. P. 488. https://doi.org/10.1134/S0036023622040179
  13. Vorozhtcov V.A., Stolyarova V.L. // Tech. Phys. 2021. V. 66. № 6. P. 872. https://doi.org/10.1134/S1063784221060219
  14. Lutsyk V.I., Zelenaya A.E. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 7. P. 966. https://doi.org/10.1134/S0036023618070148
  15. Lutsyk V.I., Zelenaya A.E. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 8. P. 1087. https://doi.org/10.1134/S0036023618080132
  16. Vorob’eva V.P., Zelenaya A.E., Lutsyk V.I. et al. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. № 6. P. 616. https://doi.org/10.1134/S1087659621060328
  17. Vorob’eva V.P., Zelenaya A.E., Lutsyk V.I. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 6. P. 894. https://doi.org/10.1134/S003602362106022X
  18. Hillert M. // Int. Met. Rev. 1985. V. 30. № 1. P. 45. https://doi.org/10.1179/imtr.1985.30.1.45
  19. Vorob’eva V., Zelenaya A., Lutsyk V. et al. // Mater. Sci. Eng., B. 2023. V. 297. P. 116790. https://doi.org/10.1016/J.MSEB.2023.116790
  20. Saunders N., Miodownik A.P. CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams) : A Comprehensive Guide. Oxford: Pergamon Materials Series, 1998. 478 p. https://www.elsevier.com/books/calphad-calculation-of-phase-diagrams-a-comprehensive-guide/saunders/978-0-08-042129-2 (accessed May 14, 2020)
  21. Lukas H.L., Fries S.G., Sundman B. Computational thermodynamics: The Calphad method. N.Y.: Cambridge University Press, 2007. 324 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511804137
  22. Andersson J.O., Helander T., Höglund L. et al. // Calphad Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 2002. V. 26. № 2. P. 273. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(02)00037-8
  23. Davies R.H., Dinsdale A.T., Gisby J.A. et al. // Calphad Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 2002. V. 26. № 2. P. 229. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(02)00036-6
  24. Bale C.W., Chartrand P., Degterov S.A. et al. // Calphad Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 2002. V. 26. № 2. P. 189. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(02)00035-4
  25. Bakardjieva S., Barrachin M., Bechta S. et al. // Prog. Nucl. Energy. 2010. V. 52. № 1. P. 84. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2009.09.014
  26. NUCLEA: Thermodynamic database for nuclear applications [Электронный ресурс]. URL: http://thermodata.online.fr/nuclea.html (дата обращения 30.03.2020).
  27. Guéneau C., Dupin N., Kjellqvist L. et al. // Calphad. 2021. V. 72. P. 102212. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2020.102212
  28. Stolyarova V.L. // Russ. Chem. Rev. 2016. V. 85. № 1. P. 60. https://doi.org/10.1070/RCR4549
  29. Bechta S.V., Granovsky V.S., Khabensky V.B. et al. // Nucl. Eng. Des. 2008. V. 238. № 10. P. 2761. https://doi.org/10.1016/J.NUCENGDES.2008.04.018
  30. Vorozhtcov V.A., Yurchenko D.A., Almjashev V.I. et al. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. № 5. P. 417. https://doi.org/10.1134/S1087659621050175
  31. Ворожцов В.А., Альмяшев В.И., Столярова В.Л. Расчет сечений фазовой диаграммы системы Zr-C-O с использованием базы данных NUCLEA / Под ред. Гельфонда Н.В. // Тез. докл. Симп. с международным участием «Термодинамика и материаловедение». Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2023. С. 76. https://doi.org/10.26902/THERM_2023_056
  32. Sundman B., Ågren J. // J. Phys. Chem. Solids. 1981. V. 42. № 4. P. 297. https://doi.org/10.1016/0022-3697(81)90144-X
  33. Redlich O., Kister A.T. // Ind. Eng. Chem. 1948. V. 40. № 2. P. 345. https://doi.org/10.1021/ie50458a036
  34. Lopato L.M. // Ceramurg. Int. 1976. V. 2. № 1. P. 18. https://doi.org/10.1016/0390-5519(76)90004-1
  35. Grundy A.N., Hallstedt B., Gauckler L.J. // Acta Mater. 2002. V. 50. № 9. P. 2209. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(01)00432-3
  36. Kitaguchi H., Ohno M., Kaichi M. et al. // J. Ceram. Soc. Jpn. 1988. V. 96. № 4. P. 397. https://doi.org/10.2109/jcersj.96.397
  37. Gavrilova L.Y., Aksenova T.V., Cherepanov V.A. // Russ. J. Inorg. Chem. 2008. V. 53. № 6. P. 953. https://doi.org/10.1134/S0036023608060235
  38. Zhang W.-W., Povoden-Karadeniz E., Shang Y. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. № 10. P. 4419. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.03.026
  39. Schulze A.-R., Müller-Buschbaum H. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1980. V. 471. № 1. P. 59. https://doi.org/10.1002/zaac.19804710106
  40. Huang Z.K., Yan D.S., Tien T.Y. et al. // Mater. Lett. 1991. V. 11. № 8–9. P. 286. https://doi.org/10.1016/0167-577X(91)90204-J
  41. Andrievskaya E.R. // J. Eur. Ceram. Soc. 2008. V. 28. № 12. P. 2363. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.01.009
  42. Wang C., Fabrichnaya O., Zinkevich M. et al. // Calphad Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 2008. V. 32. № 1. P. 111. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2007.07.005
  43. Zinkevich M. // Prog. Mater. Sci. 2007. V. 52. № 4. P. 597. https://doi.org/10.1016/J.PMATSCI.2006.09.002
  44. Fabrichnaya O., Lakiza S., Wang C. et al. // J. Alloys Compd. 2008. V. 453. № 1–2. P. 271. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.11.102
  45. Rouanet A. // Rev. Int. des Hautes Temp. des Refract. 1971. V. 8. № 2. P. 161.
  46. Traverse J.P., Foex M. // High Temp. - High Press. 1969. V. 1. P. 409.
  47. Noguchi T., Okubo T., Yonemochi O. // J. Am. Ceram. Soc. 1969. V. 52. № 4. P. 178. https://doi.org/10.1111/J.1151-2916.1969.TB13360.X
  48. Dash S., Sood D.D., Prasad R. // J. Nucl. Mater. 1996. V. 228. № 1. P. 83. https://doi.org/10.1016/0022-3115(95)00199-9
  49. Gong W., Xie Y., Zhao Z. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2020. V. 103. № 2. P. 1425. https://doi.org/10.1111/jace.16812

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фазовая диаграмма системы La2O3–SrO, воспроизведенная из работы Лопато [34] (а), работы Гранди и др. [35] (б), базы данных NUCLEA [25] (в).

Скачать (337KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фазовая диаграмма системы La2O3–ZrO2, воспроизведенная из работы Андриевской [41] (а), работы Вана и др. [42] (б), работы Фабричной и др. [44] (в), базы данных NUCLEA [25] (г).

Скачать (333KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фазовая диаграмма системы SrO–ZrO2, воспроизведенная из работы [49] (а), базы данных NUCLEA [25] (б).

Скачать (165KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изотермические сечения фазовой диаграммы системы La2O3–SrO–ZrO2, рассчитанные в настоящей работе с использованием базы данных NUCLEA [25] до температуры 646 K (а), при температуре 647 K (б).

Скачать (197KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изотермические сечения фазовой диаграммы системы La2O3–SrO–ZrO2, рассчитанные в настоящей работе с использованием базы данных NUCLEA [25] при температуре 1500 (а) и 1778 K (б): 1 – La4Sr3O9 + SrO + Sr2ZrO4, 2 – La2O3 + La4Sr3O9 + Sr2ZrO4 и 3 – La2O3 + SrZrO3 + Sr2ZrO4. Серые линии соответствуют нодам, соединяющим составы сосуществующих фаз в двухфазных равновесиях.

Скачать (219KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изотермические сечения фазовой диаграммы системы La2O3–SrO–ZrO2, рассчитанные в настоящей работе с использованием базы данных NUCLEA [25] при температуре 1814 K (а): 1 – La4Sr3O9 + SrO + Sr2ZrO4, 2 – La2O3 + La4Sr3O9 + Sr2ZrO4, 3 – La2O3 + SrZrO3 + Sr2ZrO4; при температуре 1815 K (б): 1 – La4Sr3O9 + SrO + Sr2ZrO4, 2 – La4SrO7 + La4Sr3O9 + Sr2ZrO4, 3 – La2O3 + La4SrO7 + Sr2ZrO4 и 4 – La2O3 + SrZrO3 + Sr2ZrO4. Серые линии соответствуют нодам, соединяющим составы сосуществующих фаз в двухфазных равновесиях.

Скачать (224KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изотермические сечения фазовой диаграммы системы La2O3–SrO–ZrO2, рассчитанные в настоящей работе с использованием базы данных NUCLEA [25] при температуре 2100 K (а): 1 – L + SrO + Sr2ZrO4, 2 – L + Sr2ZrO4, 3 – L + SrZrO3 + Sr2ZrO4, 4 – L + SrZrO3, 5 – L + La4SrO7 + SrZrO3, 6 – L + SrO, 7 – L + La4Sr3O9 + SrO, 8 – L + + La4Sr3O9, 9 – L + La4SrO7, 10 – La2O3 + La4SrO7, 11 – La2O3 + La4SrO7 + SrZrO3, 12 – La2O3 + SrZrO3, 13 – La2O3 + + La2Zr2O7 + SrZrO3, 14 – La2Zr2O7 + SrZrO3 + F–ZrO2+x, 15 – SrZrO3 + F–ZrO2+x, 16 – SrZrO3 + F–ZrO2+x + t-ZrO2+x; при температуре 2132 K (б): 1 – L1 + SrO + Sr2ZrO4, 2 – L1 + Sr2ZrO4, 3 – L1 + SrZrO3 + Sr2ZrO4, 4 – L1 + SrZrO3, 5 – L1 + La2O3 + SrZrO3, 6 – L1 + SrO, 7 – L1 + La4SrO7, 8 – L1 + La2O3 + La4SrO7, 9 – L1 + La2O3, 10 – La2O3 + + La4SrO7, 11 – La2O3 + SrZrO3, 12 – L2 + La2O3 + SrZrO3, 13 – L2 + SrZrO3, 14 – L2 + La2O3, 15 – L2 + La2Zr2O7 + + SrZrO3, 16 – L2 + La2Zr2O7, 17 – L2 + La2O3 + La2Zr2O7, 18 – La2Zr2O7 + SrZrO3 + F–ZrO2+x, 19 – SrZrO3 + F–ZrO2+x + + t-ZrO2+x, 20 – SrZrO3 + F–ZrO2+x, 21 – La2Zr2O7 + F–ZrO2+x, 22 – F–ZrO2+x. Серые линии соответствуют нодам, соединяющим составы сосуществующих фаз в двухфазных равновесиях.

Скачать (261KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изотермические сечения фазовой диаграммы системы La2O3–SrO–ZrO2, рассчитанные в настоящей работе с использованием базы данных NUCLEA [25] при температуре 2290 K (а): 1 – L + SrO + Sr2ZrO4, 2 – L + Sr2ZrO4, 3 – L + Sr2ZrO4 + Sr3Zr2O7, 4 – L + SrZrO3 + Sr3Zr2O7, 5 – L + SrZrO3, 6 – L + La2Zr2O7 + SrZrO3, 7 – L + La2Zr2O7, 8 – L + La2ZrO5 + La2Zr2O7, 9 – L + La2ZrO5, 10 – L + La2O3 + La2ZrO5, 11 – L + La2O3, 12 – L + La2O3 + La4SrO7, 13 – L + La4SrO7, 14 – L + SrO, 15 – La2Zr2O7 + SrZrO3 + F–ZrO2+x, 16 – SrZrO3 + F–ZrO2+x, 17 – La2Zr2O7 + F–ZrO2+x, 18 – F–ZrO2+x; при температуре 2370 K (б): 1 – L1 + SrO + Sr2ZrO4, 2 – L1 + Sr2ZrO4, 3 – L1 + Sr2ZrO4 + Sr3Zr2O7, 4 – L1 + SrZrO3 + Sr3Zr2O7, 5 – L1 + SrZrO3, 6 – L1 + La2Zr2O7 + SrZrO3, 7 – L1 + La2Zr2O7, 8 – L1 + La2O3, 9 – L1 + SrO, 10 – L2 + La2Zr2O7 + SrZrO3, 11 – L2 + SrZrO3, 12 – L2 + SrZrO3 + F–ZrO2+x, 13 – L2 + F–ZrO2+x, 14 – L2 + La2Zr2O7 + F–ZrO2+x, 15 – L2 + La2Zr2O7, 16 – SrZrO3 + F–ZrO2+x, 17 – La2Zr2O7 + F–ZrO2+x, 18 – F–ZrO2+x. Серые линии соответствуют нодам, соединяющим составы сосуществующих фаз в двухфазных равновесиях.

Скачать (230KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Изотермические сечения фазовой диаграммы системы La2O3–SrO–ZrO2, рассчитанные в настоящей работе с использованием базы данных NUCLEA [25] при температуре 2522 K (а): 1 – L + SrO, 2 – L + SrZrO3, 3 – L + SrZrO3 + + F–ZrO2+x, 4 – L + F–ZrO2+x, 5 – L + La2Zr2O7, 6 – L + La2O3, 7 – SrZrO3 + F–ZrO2+x, 8 – F–ZrO2+x; при температуре 2554 K (б): 1 – L + SrO, 2 – L + SrZrO3, 3 – L + SrZrO3 + F–ZrO2+x, 4 – L + F–ZrO2+x, 5 – L + La2O3, 6 – F–ZrO2+x, при температуре 2587 К (в): 1 – L + SrO, 2 – L + SrZrO3, 3 – L + F–ZrO2+x, 4 – F–ZrO2+x. Серые линии соответствуют нодам, соединяющим составы сосуществующих фаз в двухфазных равновесиях.

Скачать (287KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Политермическое сечение La2Zr2O7–SrZrO3 фазовой диаграммы системы La2O3–SrO–ZrO2, рассчитанное в настоящей работе с использованием базы данных NUCLEA [25].

Скачать (92KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».