ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ ХІМІЧНОЇ СТІЙКОСТІ КЕРАМІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ СИСТЕМИ RO- Al2O3-SiO2
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2022.2.03Ключові слова:
цельзіан, славсоніт, кислотостійкість, лугостійкість, термодинаміка, ентальпія, ентропія, вільна енергія ГіббсаАнотація
Експлуатаційні властивості сучасних літальних та аерокосмічних пристроїв та їх технічні характеристики багато у чому зобов’язані радіотехнічним системам, які на них встановлено. Тому їх захист та вибір необхідного керамічного матеріалу, який забезпечить захист електронних приладів від взаємодії з зовнішнім середовищем, є важливим завданням сучасного матеріалознавства.
Для обґрунтування вибору кристалічної фази, як основи радіопрозорого керамічного матеріалу який буде експлуатуватися в агресивних середовищах доцільним є проведення термодинамічних розрахунків, а саме змін вільної енергії Гіббса хімічних реакції взаємодії кристалічної фази з агресивним середовищем. Для проведення термодинамічних розрахунків реакцій хімічної стійкості була обрана трикомпонентна система RO- Al2O3-SiO2 (RО – SrО, BaО) та визначено кристалічні фази, які можуть існувати в їх межах. При виборі дослідних кристалічних фаз враховувався комплекс фізико-хімічних та експлуатаційних вимог до радіопрозорих матеріалів. З точки зору термодинаміки в роботі розглянуто корозійну поведінку обраних кристалічних фаз: цельзіану BaO·Al2O3·2SiO2, славсоніту SrO·Al2O3·2SiO2, SrO·SiO2 та 2SrO·SiO2.
В роботі представлено результати термодинамічних розрахунків змін ентальпії, ентропії та вільної енергії Гіббса реакцій для визначення кислотостійкості (HСl, H2SO4, HNO3) та лугостійкості (NaОН, Na2CO3) даних сполук в стандартних умовах. Встановлено, що усі розглянуті сполуки мають термодинамічну вірогідність корозійного супротиву до дії лужних реагентів. По відношенню до кислотного середовища за нормальних умов цельзіан та славсоніт проявляють кислотостійкість до соляної кислоти, найменш схильні до взаємодії з сірчаною кислотою, проте здатні активно взаємодіяти з HNO3. Щодо досліджених бінарних сполук SrO·SiO2 та 2SrO·SiO2, всі розраховані реакції є термодинамічно вигідними, тобто відбувається взаємодія з кислотними реагентами.
Проаналізовано одержані результати та наведено кореляцію розрахунків реакції цельзіану та хлоридної кислоти з експериментальними даними. Зроблено висновок, що раціонально планувати отримання керамічних виробів на основі цельзіану та славсоніту або їх гетерофазної суміші з мінімальним вмістом бінарних оксидів стронцію та барію.
Посилання
Lisachuk G.V., Kryvobok R.V., Zakharov A.V., Chefranov E.V., Lapuzina O.M., Voloshchuk V.V., Samoilenko N.N.: Technological parameters of ceramics creation on the basis of slavsonite. Építőanyag – Journal of Silicate Based and Composite Materials. 2019. Vol. 71, No. 2. Р. 46–51. https://doi.org/10.14382/epitoanyag-jsbcm.2019.9.
G. Lisachuk, R. Kryvobok, V. Voloshchuk, O. Lapuzina and A. Zakharov, "Study of Technological Features of Celsian Ceramics Creation," 2021 IEEE 11th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 2021, pp. 1-4, doi: 10.1109/NAP51885.2021.9568546.
Poluchenie i dijelektricheskie svojstva cel'zianovoj keramiki na osnove geksagonal'noj modifikacii BaAl2Si2O8 / G.K. Savchuk, T.P. Petrochenko, A.A. Klimza GNPO “NPC NAN Belarusi po materialovedeniju”, Neorganicheskie materialy, 2013, tom 49, № 6, рр. 674–679.
Exothermic synthesis of ceramic materials based on barium and strontium aluminosilicates / K.B. Podbolotov, A.T. Volochko, G.V. Lisachuk, R.V. Krivobok, V.V. Voloshchuk // Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 2021, №. 6, pp. 57–64.
Shabanova G.N. Barijsoderzhashhie oksidnye sistemy i vjazhushhie materialy na ih osnove: monografija. Har'kov: NTU "HPI", 2006. – 280 р.
Babushkin V. I., Matveev G. M., Mchedlov-Petrosjan O. P. Termodinamika silikatov. M.: Strojizdat, 1986. – 408 р.
Berezhnoj A.S. Mnogokomponentnye sistemy okislov. K.: Naukova dumka, 1970. – 544 р.
Shabanova G.N., Pitak Ja.N., Taranenkova V.V. i dr. Ogneupornye cementy na osnove mnogokomponentnyh cirkonijsoderzhashhih sistem: monografija. Har'kov: Rozhko S.G., 2016. – 247 р.
Bobkova N.M. Sbornik zadach po fizicheskoj himii silikatov i tugoplavkih soedinenij: ucheb. posobie dlja vuzov / N.M. Bokova, L.M. Silich, N.M. Tereshhenko. Mn.: Universitetskoe, 1990.– 175 р.
Glushko V.P., Medvedeva V.A., Bergman G.N. i dr. Termicheskie konstanty veshhestv / Spravochnik, pod red. V.P. Glushko. – V 9-ti tomah. – T. 9. –M.: Izd-vo AN SSSR, 1979. – 574 р.
Standartnі ental'pії utvorennja, standartnі energії Gіbbsa neorganіchnih rechovin ta їh standartnі entropії [Elektronnij resurs] – Rezhim dostupu do resursu: https://tehtab.ru/Guide/GuideChemistry/ThermicConstantsSubst/ThermicConstantsSubstEnorganic/.
Karapet'janc M.H., Karapet'janc M.L. Osnovnye termodinamicheskie konstanty neorganicheskih i organicheskih veshhestv: spravochnik. – M.: Izd-vo «Himija», 1968. – 472 р.
Lіsachuk G.V., Krivobok R.V., Zaharov A.V. Analіz tverdo fazovih reakcіj v sistemі SrO-Al2O3-SiO2 / Keramika: nauka i zhizn', 2015, № 1(26). – рр. 49–56.
