ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВОЙ ДИАГРАММЫ СИСТЕМЫ Cu2O–BaO–Fe2O3

О. В. Самойлова, Л. А. Макровец

Аннотация


Выполнено термодинамическое моделирование диаграмм состояния двойных систем Cu2O–BaO, Cu2O–Fe2O3, BaO–Fe2O3, а также тройной системы Cu2O–BaO–Fe2O3. В ходе работы определены термодинамические модели и их параметры, необходимые для термодинамического описания активностей компонентов оксидного расплава в данных системах. Для расчета использовались приближения теории совершенных ионных растворов (для системы Cu2O–Fe2O3) и теории субрегулярных ионных растворов (для систем Cu2O–BaO, BaO–Fe2O3, Cu2O–BaO–Fe2O3). По результатам проведенного моделирования определены координаты точек нонвариантных превращений на фазовых диаграммах исследуемых двойных и тройной систем. Полученные результаты по термодинамическому моделированию координат линий ликвидуса фазовых диаграмм двойных систем Cu2O–BaO, Cu2O–Fe2O3, BaO–Fe2O3 были сопоставлены с разрозненными малочисленными литературными данными для исследуемых систем. В ходе работы впервые были определены области существования ферритов бария в тройной оксидной системе Cu2O–BaO–Fe2O3, а также построены изотермы на полной проекции поверхности ликвидуса диаграммы состояния системы Cu2O–BaO–Fe2O3. Используемая в работе методика моделирования позволила оценить энтальпии, температуры и энтропии плавления соединений оксида бария BaO с оксидом меди (I) (BaCu2O2); с оксидом железа (III) (Ba3Fe2O6, Ba2Fe2O5, BaFe2O4, BaFe12O19). Результаты моделирования, полученные в ходе выполнения настоящей работы, могут быть использованы для разработки технологических условий синтеза из оксидного расплава монокристаллов гексаферрита бария, в кристаллической решетке которого часть катионов железа замещена ионами меди.


Ключевые слова


Cu2O–BaO–Fe2O3, термодинамическое моделирование, фазо- вые равновесия.

Полный текст:

PDF

Литература


Gambino R.J., Leonhard F. Growth of Barium Ferrite Single Crystals. J. Am. Ceram. Soc., 1961, vol. 44, no. 5, pp. 221–224. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1961.tb15364.x

Martirosyan K.S., Galstyan E., Hossain S.M., Wang Y.-J., Litvinov D. Barium Hexaferrite Nanoparticles: Synthesis and Magnetic Properties. Mater. Sci. Eng. B, 2011, vol. 176, no. 1, pp. 8–13. DOI: 10.1016/j.mseb.2010.08.005

Pullar R.C. Hexagonal Ferrites: A Review of the Synthesis, Properties and Applications of Hexaferrite Ceramics. Prog. Mater. Sci., 2012, vol. 57, no. 7, pp. 1191–1334. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.04.001

Magham S.B.S., Sharma M., Shannigrahi S.R., Tan H.R., Sharma V., Meng Y.S., Idapalpati S., Ramanujan R.V., Repaka D.V.M. Development of Z-type Hexaferrites for High Frequency EMI Shielding Applications. J. Magn. Magn. Mater., 2017, vol. 441, pp. 303–309. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.05.066

Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Semisalova A.S., Galimov D.M., Gudkova S.A., Chumanov I.V., Isaenko L.I., Niewa R. Growth, Structural and Magnetic Characterization of Co- and Ni-substituted Barium Hexaferrite Single Crystals. J. Alloys Compd., 2015, vol. 628, pp. 480–484. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.12.124

Jamalian M., Ghasemi A., Pourhosseini Asl M.J. Magnetic and Microwave Properties of Barium Hexaferrite Ceramics Doped with Gd and Nd. J. Electron. Mater., 2015, vol. 44, no. 8, pp. 2856–2861. DOI: 10.1007/s11664-015-3720-x

Cheng Y., Ren X. Enhanced Microwave Absorbing Properties of La3+ Substituting Barium Hexaferrite. J. Supercond. Nov. Magn., 2016, vol. 29, no. 3, pp. 803–808. DOI: 10.1007/s10948-015-3355-4

Mosleh Z., Kameli P., Poorbaferani A., Ranjbar M., Salamati H. Structural, Magnetic and Microwave Absorption Properties of Ce-doped Barium Hexaferrite. J. Magn. Magn. Mater., 2016, vol. 397, pp. 101–107. DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.08.078

Kumar S., Chatterjee R. Complex Permittivity, Permeability, Magnetic and Microwave Absorbing Properties of Bi3+ Substituted U-type Hexaferrite. J. Magn. Magn. Mater., 2018, vol. 448, pp. 88–93. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.06.123

Vinnik D.A., Tarasova A.Yu., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Gudkova S.A., Nemrava S., Yakushechkina A.K., Semisalova A.S., Isaenko L.I., Niewa R. Cu-substituted Barium Hexaferrite Crystal Growth and Characterization. Ceram. Int., 2015, vol. 41, no. 7, pp. 9172–9176. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.03.051

Mikhailov G.G., Leonovich B.I., Kuznetsov Yu.S. Termodinamika metallurgicheskikh protsessov i sistem [Thermodynamics of Metallurgical Processes and Systems]. Moscow, MISIS Publ., 2009. 520 p.

Mikhailov G.G., Trofimov E.A., Sidorenko A.Yu. Fazovye ravnovesiya v mnogokomponentnykh sistemakh s zhidkimi tsvetnymi metallami [Phase Equilibria in the Multicomponent Systems with Liquid Non-Ferrous Metals]. Moscow, MISIS Publ., 2014. 158 p.

Samoylova O.V., Mikhailov G.G., Makrovets L.A., Trofimov E.A., Sidorenko A.Yu. Thermodynamic Modeling of Liquidus Surface of the Phase Diagram of Cu2O–Al2O3–ZrO2 System. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2015, vol. 15, no. 4, pp. 15–21. (in Russ.) DOI: 10.14529/met150402

Samoylova O.V., Mikailov G.G., Makrovets L.A. Thermodynamic Description of Phase Equilibria in the Cu2O–CeO2–Ce2O3–La2O3 System. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2017, vol. 17, no. 1, pp. 16–23. (in Russ.) DOI: 10.14529/met170102

Samoilova O.V., Makrovets L.A., Mikhailov G.G. Phase Equilibria in Liquid Metal of the Cu–Al–Cr–O System. Russ. J. Non-Ferrous Met., 2017, vol. 58, no. 6, pp. 579–585. DOI: 10.3103/S1067821217060116

Knunyants I.L. (Ed.) Khimicheskaya entsiklopediya. T. 2 [Chemical Encyclopedia. Vol. 2]. Moscow, Sov. Entsikl. Publ., 1990. 671 p.

Kubaschewski O., Alcock C.B. Metallurgical Thermochemistry. Pergamon Press Ltd Publ., Oxford, 1979. 392 p.

Samsonov G.V. Fiziko-khimicheskie svoistva okislov [Physico-chemical Properties of Oxides]. Moscow, Metallurgy Publ., 1969. 456 p.

Bale C.W., Chartrand P., Degterov S.A., Eriksson G., Hack K., Ben Mahfoud R., Melançon J., Pelton A.D., Petersen S. FactSage Thermochemical Software and Databases. Calphad, 2002, vol. 26, no. 2, pp. 189–228. DOI: 10.1016/S0364-5916(02)00035-4

Lindemer T.B., Specht E.D. The BaO–Cu–CuO System. Solid–Liquid Equilibria and Thermodynamics of BaCuO2 and BaCu2O2. Physica C, 1995, vol. 255, no. 1–2, pp. 81–94. DOI: 10.1016/0921-4534(95)00460-2

Goto Y., Takada T. Phase Diagram of the System BaO–Fe2O3. J. Am. Ceram. Soc., 1960, vol. 43, no. 3, pp. 150–153. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1960.tb14330.x

Sato H. Liquidus Surface and Isothermal Section Diagram at 973 K in BaO–Fe2O3–(0–50 mol%) B2O3 Pseudo-ternary System. Mater. Trans., JIM, 1997, vol. 38, no. 10, pp. 858–864. https://doi.org/10.2320/matertrans1989.38.858

Vinnik D.A., Trofimov E.A., Galkina D.P. Chernukha A.S., Zhivulin V.E., Starikov A.Yu., Rezviy A.V., Senin A.V., Mikhailov G.G. Thermodynamic Analysis of the Possibility of Using Melts of the BaO–Na2O–Fe2O3 System for Growing Barium Hexaferrite Crystals. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2017, vol. 17, no. 3, pp. 34–45. (in Russ.) DOI: 10.14529/met170305




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met180201

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share