High-Temperature Thermodynamic Properties of Hafnium and Rare Earth Oxide Ceramics

V. A. Vorozhtcov; Ворожцов В. А.; V. L. Stolyarova; Столярова В. Л.; S. A. Kirillova; Кириллова С. А.; S. I. Lopatin; Лопатин С. И.

doi:10.31857/S0044457X22601055

Термодинамические свойства керамики на основе оксидов гафния и редкоземельных элементов при высоких температурах

Авторы: Ворожцов В.А.¹^,2, Столярова В.Л.¹, Кириллова С.А.²^,3, Лопатин С.И.¹^,2
Учреждения:
1. Санкт-Петербургский государственный университет
2. Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН
3. Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)
Выпуск: Том 68, № 2 (2023)
Страницы: 209-220
Раздел: ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
URL: https://modernonco.orscience.ru/0044-457X/article/view/665305
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X22601055
EDN: https://elibrary.ru/LOJKSH
ID: 665305

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Рассмотрены полученные ранее экспериментальные данные о процессах испарения и термодинамические свойства керамики на основе оксидов гафния и редкоземельных элементов при высоких температурах. Масс-спектрометрическим эффузионным методом Кнудсена впервые изучена система La₂O₃–Sm₂O₃ при температуре 2323 K. В результате идентифицирован состав пара над исследованными образцами керамики, определены концентрационные зависимости парциальных давлений молекулярных форм пара над рассматриваемой системой и термодинамических свойств в конденсированной фазе, таких как активности компонентов и избыточная энергия Гиббса. С привлечением полинома Вильсона определена энтальпия образования из оксидов и избыточная энтропия системы La₂O₃–Sm₂O₃ при указанной температуре. На основе полученных данных рассчитаны термодинамические свойства в четырехкомпонентных системах La₂O₃–Sm₂O₃–Y₂O₃–HfO₂ и La₂O₃–Sm₂O₃–ZrO₂–HfO₂ по данным о равновесиях в соответствующих бинарных системах полуэмпирическими методами Колера, Редлиха–Кистера и Вильсона при температуре 2330 K. Результаты выполненного расчета сопоставлены с соответствующими величинами, оцененными ранее полуэмпирическими методами на примере систем La₂O₃–Y₂O₃–ZrO₂–HfO₂ и Sm₂O₃–Y₂O₃–ZrO₂–HfO₂. Показано, что в системах La₂O₃–Sm₂O₃–Y₂O₃–HfO₂ и La₂O₃–Sm₂O₃–ZrO₂–HfO₂ наилучшее соответствие с экспериментальными значениями активностей оксидов лантаноидов может быть получено при расчете на основе метода Вильсона.

Ключевые слова

испарение, термодинамические свойства, оксид лантана, оксид самария, высокотемпературная масс-спектрометрия

Список литературы

Wang J., Li H.P., Stevens R. // J. Mater. Sci. 1992. V. 27. № 20. P. 5397. https://doi.org/10.1007/BF00541601
Clarke D.R., Phillpot S.R. // Mater. Today. 2005. V. 8. № 6. P. 22. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(05)70934-2
Andrievskaya E.R. // J. Eur. Ceram. Soc. 2008. V. 28. № 12. P. 2363. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.01.009
Pan W., Phillpot S.R., Wan C. et al. // MRS Bull. 2012. V. 37. № 10. P. 917. https://doi.org/10.1557/mrs.2012.234
Darolia R. // Int. Mater. Rev. 2013. V. 58. № 6. P. 315. https://doi.org/10.1179/1743280413Y.0000000019
Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы, технологии, покрытия. М.: Наука, 2006. 632 с.
Петрушин Н.В., Оспенникова О.Г., Светлов И.Л. // Авиац. материалы и технологии. 2017. Т. 49. С. 72.
Cao X.Q., Vassen R., Stoever D. // J. Eur. Ceram. Soc. 2004. V. 24. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00129-8
Чубаров Д.A., Матвеев П.В. // Авиац. материалы и технологии. 2013. Т. 29. № 4. С. 43. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20421193
Vassen R., Jarligo M.O., Steinke T. et al. // Surf. Coat. Technol. 2010. V. 205. № 4. P. 938. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.08.151
Казенас Е.К. Термодинамика испарения двойных оксидов. М.: Наука, 2004. 551 с. https://elibrary.ru/item.asp?id=19468800
Lukas H.L., Fries S.G., Sundman B. Computational thermodynamics: The Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007. 313 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511804137
Schneider S.J., Roth R.S. // J. Res. Natl. Bur. Stand. A. Phys. Chem. 1960. V. 64A. № 4. P. 317. https://doi.org/10.6028/JRES.064A.031
Coutures J., Rouanet A., Verges R., Foex M. // J. Solid State Chem. 1976. V. 17. № 1–2. P. 171. https://doi.org/10.1016/0022-4596(76)90218-8
Корнієнко О.А. // Укр. хім. журн. 2018. Т. 84. № 3. С. 28.
Zinkevich M. // Prog. Mater. Sci. 2007. V. 52. № 4. P. 597. https://doi.org/10.1016/J.PMATSCI.2006.09.002
Казенас Е.К., Цветков Ю.В. Термодинамика испарения оксидов. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 480 с. https://elibrary.ru/item.asp?id=19470483
Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание / Отв. ред. Глушко В.П. М.: Наука, 1982. Т. IV. Кн. 2. 560 с.
Shugurov S.M., Kurapova O.Y., Lopatin S.I. et al. // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2017. V. 31. № 23. P. 2021. https://doi.org/10.1002/rcm.7997
Ackermann R.J., Rauh E.G. // J. Chem. Thermodyn. 1971. V. 3. № 4. P. 445. https://doi.org/10.1016/S0021-9614(71)80027-7
Walsh P.N., Goldstein H.W., White D. // J. Am. Ceram. Soc. 1960. V. 43. № 5. P. 229. https://doi.org/10.1111/J.1151-2916.1960.TB14589.X
Goldstein H.W., Walsh P.N., White D. // J. Phys. Chem. 1961. V. 65. № 8. P. 1400. https://doi.org/10.1021/J100826A029
Vorozhtcov V.A., Stolyarova V.L., Lopatin S.I. et al. // J. Alloys Compd. 2018. V. 735. P. 2348. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2017.11.319
Stolyarova V.L., Vorozhtcov V.A., Lopatin S.I., Shugurov S.M. // Russ. J. Gen. Chem. 2020. V. 90. № 5. P. 874. [Столярова В.Л., Ворожцов В.А., Лопатин С.И., Шугуров С.М. // Журн. общ. химии. 2020. Т. 90. № 5. С. 787. https://doi.org/10.31857/S0044460X20050194]https://doi.org/10.1134/S1070363220050199
Hilpert K. // Rapid Commun. Mass Spectrom. 1991. V. 5. № 4. P. 175. https://doi.org/10.1002/rcm.1290050408
Drowart J., Chatillon C., Hastie J., Bonnell D. // Pure Appl. Chem. 2005. V. 77. № 4. P. 683. https://doi.org/10.1351/pac200577040683
Lopatin S.I., Shugurov S.M., Tyurnina Z.G., Tyurnina N.G. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. № 1. P. 38. [Лопатин С.И., Шугуров С.М., Тюрнина З.Г., Тюрнина Н.Г. // Физика и химия стекла. 2021. Т. 47. № 1. С. 50. https://doi.org/10.31857/S0132665121010078]https://doi.org/10.1134/S1087659621010077
Lopatin S.I. // Glass Phys. Chem. 2022. V. 48. № 2. P. 117. [Лопатин С.И. // Физика и химия стекла. 2022. Т. 48. № 2. С. 163. https://doi.org/10.31857/S0132665122020056]https://doi.org/10.1134/S1087659622020055
Семенов Г.А., Николаев Е.Н., Францева К.Е. Применение масс-спектрометрии в неорганической химии. Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1976. 151 с.
Paule R.C., Mandel J. // Pure Appl. Chem. 1972. V. 31. № 3. P. 371. https://doi.org/10.1351/pac197231030371
Zeifert P.L. // High Temperature Technology. N.Y.: John Wiley, 1956. P. 485.
Сидоров Л.Н., Акишин П.А. // Докл. АН СССР. 1963. № 151. № 1. С. 136.
Sidorov L.N., Shol’ts V.B. // Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 1972. V. 8. № 5. P. 437. https://doi.org/10.1016/0020-7381(72)80014-7
Redlich O., Kister A.T. // Ind. Eng. Chem. 1948. V. 40. № 2. P. 345. https://doi.org/10.1021/ie50458a036
Wilson G.M. // J. Am. Chem. Soc. 1964. V. 86. № 2. P. 127. https://doi.org/10.1021/ja01056a002
Orye R. V., Prausnitz J.M. // Ind. Eng. Chem. 1965. V. 57. № 5. P. 18. https://doi.org/10.1021/ie50665a005
Hardy H.K. // Acta Metall. 1953. V. 1. № 2. P. 202. https://doi.org/10.1016/0001-6160(53)90059-5
Hildebrand J.H. // J. Am. Chem. Soc. 1929. V. 51. № 1. P. 66. https://doi.org/10.1021/ja01376a009
Kohler F. // Monatsh. Chem. 1960. V. 91. № 4. P. 738. https://doi.org/10.1007/BF00899814
Vorozhtcov V.A., Kirillova S.A., Shilov A.L. et al. // Mater. Today Commun. 2021. V. 29. P. 102952. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102952
Darken L.S. // J. Am. Chem. Soc. 1950. V. 72. № 7. P. 2909. https://doi.org/10.1021/ja01163a030
Barker J.A. // J. Chem. Phys. 1952. V. 20. № 10. P. 1526. https://doi.org/10.1063/1.1700209