Диаграмма состояния системы ZrO2–SiO2–Al2O3 при визуализации компьютерной 3D-моделью и расчете с использованием базы данных NUCLEA

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Представлена трехмерная (3D) компьютерная модель изобарной фазовой диаграммы системы ZrO2–SiO2–Al2O3 с образованием соединений ZrSiO4 и Al6Si2O13. Вывод ее геометрического строения проведен через последовательное построение схемы фазовых реакций, включая все полиморфные переходы в субсолидусе и перегруппировку взаимодействия бинарных соединений, а также оксидов циркония и алюминия, трансформацию ее в схему моно- и нонвариантных состояний в табличном и графическом (3D) виде, построение прототипа с переводом последнего в пространственную модель фазовой диаграммы реальной системы ZrO2–SiO2–Al2O3. Обсуждаются особенности изо- и политермических разрезов фазовой диаграммы рассматриваемой системы, рассчитанных с использованием термодинамической базы данных NUCLEA, по сравнению с полученной 3D-моделью.

Об авторах

В. П. Воробьева

Институт физического материаловедения
Сибирского отделения Российской академии наук

Email: v.stolyarova@spbu.ru
Россия, 670047, Улан-Удэ

А. Э. Зеленая

Институт физического материаловедения
Сибирского отделения Российской академии наук

Email: v.stolyarova@spbu.ru
Россия, 670047, Улан-Удэ

В. И. Луцык

Институт физического материаловедения
Сибирского отделения Российской академии наук

Email: v.stolyarova@spbu.ru
Россия, 670047, Улан-Удэ

В. А. Ворожцов

Институт химии силикатов
имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: v.stolyarova@spbu.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург; Россия, 199034, Санкт-Петербург

В. И. Альмяшев

Институт химии силикатов
имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук; Научно-исследовательский технологический институт им. А.П. Александрова; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
имени В.И. Ульянова (Ленина)

Email: v.stolyarova@spbu.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург; Россия, 188540, Сосновый Бор; Россия, 197022, Санкт-Петербург

В. Л. Столярова

Институт химии силикатов
имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.stolyarova@spbu.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург; Россия, 199034, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Claussen N., Jahn J. // J. Am. Ceram. Soc. 1980. V. 63. № 3–4. P. 228–229. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1980.tb10700.x
  2. Garvie R.C., Goss M.F., Marshall S., Urbani C. // Mater. Sci. Forum. 1988. V. 34–36. P. 681–688. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.34-36.681
  3. Frank M., Schweiger M., Rheinberger V., Höland W. // Glas. Ber. Glass Sci. Technol. 1998. V. 71. P. 345–348.
  4. Höland W., Schweiger M., Frank M., Rheinberger V. // J. Biomed. Mater. Res. 2000. V. 53. № 4. P. 297–303. https://doi.org/10.1002/1097-4636(2000)53:4<297::AID-JBM3>3.0.CO;2-G
  5. Gregory A.G., Veasey T.J. // J. Mater. Sci. 1971. V. 6. № 10. P. 1312–1321. https://doi.org/10.1007/BF00552045
  6. Sales M., Alarcon J. // J. Mater. Sci. 1995. V. 30. № 9. P. 2341–2347. https://doi.org/10.1007/BF01184584
  7. McCoy M.A., Heuer A.H. // J. Am. Ceram. Soc. 1988. V. 71. № 8. P. 673–677. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1988.tb06387.x
  8. Awano M., Takagi H., Kuwahara Y. // J. Am. Ceram. Soc. 1992. V. 75. № 9. P. 2535–2540. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1992.tb05608.x
  9. Белов Г.В., Аристова Н.М. // Математическое моделирование. 2017. Т. 29. № 6. С. 135‒142. http://mi.mathnet.ru/rus/mm/v29/i6/p135
  10. Ohnuma I., Ishida K. // Tecnol. Metal. Mater. Min. 2016. V. 13. № 1. P. 46‒63. https://doi.org/10.4322/2176-1523.1085
  11. Bakardjieva S., Barrachin M., Bechta S., Bezdicka P., Bottomley D., Brissonneau L., Cheynet B., Dugne O., Fischer E., Fischer M., Gusarov V., Journeau C., Khabensky V., Kiselova M., Manara D., Piluso P., Sheindlin M., Tyrpekl V., Wiss T. // Ann. Nucl. Energ. 2014. V. 74. P. 110‒124. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.06.023
  12. Kitagaki T., Yano K., Ogino H., Washiya T. // J. Nucl. Mater. 2017. V. 486. P. 206‒215. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.01.032
  13. Björkvall J., Stolyarova V.L. // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2001. V. 15. № 10. P. 836‒842. https://doi.org/10.1002/rcm.251
  14. Bakardjieva S., Barrachin M., Bechta S., Bottomley D., Brissoneau L., Cheynet B., Fischer E., Journeau C., Kiselova M., Mezentseva L., Piluso P., Wiss T. // Progr. Nucl. Energ. 2010. V. 52. № 1. P. 84‒96. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2009.09.014
  15. Kwon S.Y. Thermodynamic optimization of ZrO2-containing systems in the CaO–MgO–SiO2–Al2O3–ZrO2 system. Dissertation for the degree of Master of Engineering. Montreal, 2015. 113 p.
  16. Lutsyk V.I., Vorob’eva V.P. // J. Therm. Anal. Calorim. 2010. V. 101. № 1. P. 25‒31. https://doi.org/10.1007/s10973-010-0855-0
  17. Lutsyk V.I., Vorob’eva V.P. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. № 2. P. 188‒207. https://doi.org/10.1134/S0036023616020121
  18. Vorob'eva V.P., Zelenaya A.E., Lutsyk V.I., Sineva S.I., Starykh R.V., Novozhilova O.S. // J. Phase Equil. Diffus. 2021. V. 42. № 2. P. 175‒193. https://doi.org/10.1007/s11669-021-00863-3
  19. Lutsyk I.V., Zelenaya A.E., Zyryanov A.M. // Materials, Methods & Technologies. International Scientific Publications. 2008. V. 2. № 1. P. 176‒184.
  20. Lutsyk V.I., Vorob’eva V.P. // Russ. J. Phys. Chem. 2015. V. 89. № 10. P. 1715‒1722. https://doi.org/10.1134/S0036024415100192
  21. Lutsyk V.I., Vorob’eva V.P., Shodorova S.Ya. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. № 7. P. 858‒866. https://doi.org/10.1134/S0036023616070123
  22. Vorob'eva V.P., Zelenaya A.E., Lutsyk V.I. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 6. P. 894‒901. https://doi.org/10.1134/S003602362106022X
  23. Vorob’eva V.P., Zelenaya A.E., Lutsyk V.I., Almjashev V.I., Vorozhtcov V.A., Stolyarova V.L. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. № 6. P. 616‒621. https://doi.org/10.1134/S1087659621060328
  24. Butterman W.C., Foster W.R. // Am. Mineral. 1967. V. 52. № 5–6. P. 880‒885. https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article-abstract/52/5-6/880/542223/Zircon-Stability-and-the-Zr02-Si02-Phase-Diagram
  25. Lakiza S.M., Lopato L.M. // J. Amer. Ceram. Soc. 1997. V. 80. № 4. P. 893‒902. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1997.tb02919.x
  26. Lakiza S., Fabrichnaya O., Wang Ch., Zinkevich M., Aldinger F. // J. Eur. Ceram. Soc. 2006. V. 26. № 3. P. 233‒246. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2004.11.011
  27. Toropov N.A., Galakhov F.Ya. // Bull. Acad. Sci. USSR, Div. Chem. Sci. 1958. V. 7. № 1. P. 5‒9. https://doi.org/10.1007/BF01170853
  28. Aramaki S., Roy R. // J. Am. Ceram. Soc. 1962. V. 45. № 5. P. 229‒242. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1962.tb11133.x
  29. de Noirfontaine M.-N., Tusseau-Nenez S., Girod-Labianca C., Pontikis V. // J. Mater. Sci. 2012. V. 47. № 3. P. 1471‒1479. https://doi.org/10.1007/s10853-011-5932-7
  30. Яроцкая Е.Г., Федоров П.П. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2018. Т. 20. № 4. С. 537–544. https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/626
  31. Lambotte G., Chartrand P. // J. Amer. Ceram. Soc. 2011. V. 94. № 11. P. 4000–4008. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04656.x
  32. Igami Y., Ohi S., Miyake A. // J. Amer. Ceram. Soc. 2017. V. 100. № 10. P. 4928–4937. https://doi.org/10.1111/jace.15020
  33. McMurdie H.F., Hall F.P. // J. Am. Ceram. Soc. 1949. V. 32. № s1. P. 154‒164. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1949.tb19765.x
  34. Toropov N.A., Galakhov F.Ya. // Bull. Acad. Sci. USSR, Div. Chem. Sci. 1956. V. 5. № 2. P. 153‒156. https://doi.org/10.1007/BF01177636
  35. Kwon S.Y., Jung I.-H. // J. Eur. Ceram. Soc. 2017. V. 37. № 3. P. 1105‒1116. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.10.008
  36. Будников П.П., Литваковский А.А. // ДАН СССР. 1956. Т. 106. № 2. С. 267‒270.
  37. Greca M.C., Emiliano J.V., Segadães A.M. // J. Eur. Ceram. Soc. 1992. V. 9. № 4. P. 271‒283. https://doi.org/10.1016/0955-2219(92)90062-I
  38. Quereshi M.H., Brett N.H. // Trans. Brit. Ceram. Soc. 1968. V. 67. № 11. P. 569‒578.
  39. Pena P., De Aza S. // J. Mater. Sci. 1984. V. 19. № 1. P. 135‒142. https://doi.org/10.1007/BF02403119
  40. Pena P. // Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr. 1989. V. 28. № 2. P. 89‒96.
  41. Connell R.G. // J. Phase Equilib. 1994. V. 15. № 1. P. 6‒19. https://doi.org/10.1007/BF02667677
  42. Khaldoyanidi K.A. // J. Struct. Chem. 2003. V. 44. № 1. P. 116‒129. https://doi.org/10.1023/A:1024941216224
  43. Халдояниди К.А. Фазовые диаграммы гетерогенных систем с трансформациями. Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2004. 382 с.
  44. Воробьева В.П. Фазовые диаграммы состояния трех- и четырехкомпонентных систем: от топологии к компьютерным моделям. Дис. … докт. ф.-м.н. Тюмень, 2012. 354 с.
  45. Vorozhtcov V.A., Yurchenko D.A., Almjashev V.I., Sto-lyarova V.L. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. № 5. P. 417‒426. https://doi.org/10.1134/S1087659621050175
  46. NUCLEA: Thermodynamic database for nuclear applications [Электронный ресурс] // Доступно по: http://thermodata.online.fr/nuclea.html. Ссылка активна на 25.12.2022 г.
  47. Mao H., Selleby M., Sundman B. // J. Am. Ceram. Soc. 2005. V. 88. № 9. P. 2544‒2551. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00440.x

Дополнительные файлы


© В.П. Воробьева, А.Э. Зеленая, В.И. Луцык, В.А. Ворожцов, В.И. Альмяшев, В.Л. Столярова, 2023