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://ogarev-online.ru/0044-457X/article/view/136456
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X22601055
EDN: https://elibrary.ru/LOJKSH
ID: 136456

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

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