ВИВЧЕННЯ РЕАКЦІЙ ОБМІНУ В СИСТЕМІ SrO-BaO-Al2O3 -SiO2
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2024.4.05Ключові слова:
цельзіан, славсоніт, тверді розчини, реакції обміну, термодинаміка, ентальпія, ентропія, вільна енергія ГіббсаАнотація
Наукові дослідження в області нанотехнологій та композитних матеріалів для авіаційної та космічної техніки сприяють створенню нових видів радіопрозорих матеріалів з поліпшеними властивостями. Потреба в цих матеріалах особливо зростає в умовах підвищеної температури, високої швидкості та агресивного зовнішнього середовища, де традиційні полімерні або композитні матеріали не можуть забезпечити необхідного рівня показників ключових властивостей. Керамічні матеріали, виготовлені на основі цільових фаз системи SrO-BaO-Al2O3-SiO2, мають низькі показники діелектричних властивостей та є доволі перспективними для застосування в різних сферах, де важлива висока прозорість для електромагнітних хвиль з мінімальними втратами. У зв'язку з цим є актуальним більш детальне вивчення її субсолідусної будови. В даній статті розглянуто питання протікання реакцій обміну типу аА+вВ = сС+дД в об’ємі концентраційного тетраедра SrO-BaO-Al2O3-SiO2. В роботі приведено результати розрахунків вільної енергії Гіббса для реакцій обміну в розглянутій системі. Зазначено інтервали температур для існування окремих комбінацій фаз та графічно представлено утворені елементарні трикутники. За результатами здійснених теоретичних досліджень встановлено, що в системі SrO-BaO-Al2O3-SiO2 існує можливість протікання п’яти реакцій обміну типу аА+вВ = сС+дД. Виявлено, що в температурному інтервалі 300…1700 К присутні коноди BaAl2Si2O8 – SrAl2O4 та Sr3Al2O6 – Ba2SiO4. Підтверджена наявність комбінації фаз «заповнений трикутник» – Sr2Al2SiO7-2SrSiO3-BaSiO3 у температурному інтервалі 300…800 К, а також встановлено існування комбінації фаз «заповнений контур» – BaSiO3 – BaAl2O4 – Sr2Al2SiO7 у температурному інтервалі 1200…1700 К. Виявлення даної комбінації фаз дає можливість розширити існуючу область в дослідній системі для створення високотемпературних керамічних матеріалів. В свою чергу, за отриманими даними термодинамічних розрахунків встановлено, що за температури нижче 1200 К цільові фази розглянутої системи Ba2SiO4 та SrAl2Si2O8 між собою не взаємодіють, а реакція є термодинамічно невигідною.
Посилання
Radio-transparent ceramic materials of spodumene cordierite composition / Zaichuk A.V., Amelina A.A., Karasik Y.V., Khomenko Y.S., Lementareva V.A., Saltykov D.Yu. // Functional Materials. – 2019. – Vol. 26. – No. 1. – P. 174–181.
Quartz ceramics modified by nanodispersed silica additive / Khomenko E.S., Zaichuk A.V., Karasik E.V., Kunitsa A.A. // Funct. Mater. – 2018. – Vol. 25. – No. 3. – P. 613–618.
Pressureless sintering of high performance silicon nitride ceramics at 1620 °C / Chunxi L., Yaxiang Z., Tengfei D. // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47. – Iss. 20. – Р. 29371–29378.
Solid state reaction synthesis of Ba0.75Sr0.25AlSi2O8 – Al2O3 ceramic composites from mechanically activated precursor mixtures / Ramos-ramírez M.V., López-cuevas J., Rodríguez-galicia J.L., Rendón-angeles J.C. // Boletin de la Sociedad Espanola de Ceramica y Vidrio, 2014. – Vol. 53 (3). – P. 121–132.
Sebastian M.T., Ubic R., Jantunen H. Low-loss dielectric ceramic materials and their properties // International Materials Reviews. 2015. – Vol.60. – No. 7. – P. 392–412.
Bansal N.P. Handbook of ceramic composites. Springer, 2004. – 564 p.
Electrodynamic characteristics of ceramics based on SrO-Al2O3-SiO2 system in microwave range / Grygoruk V.I., Oliynyk V.V., Launets V.L., Lisachuk G.V., Kryvobok R.V., Zakharov A.V., Karputin B.A. // Journal of Nano- and Electronic Physics. – 2017. – Vol.9. – No. 5. – Art. No. 05014.
Doslidzhennia vplyvu tekhnolohichnykh parametriv na vlastyvosti tselzian-slavsonitovoi keramiky / Pitak Ya.M., Lisachuk H.V., Kryvobok R.V., Zakharov A.V., Voloshchuk V.V., Chefranov Ye.V., Maistat M.S. // Naukovi doslidzhennia z vohnetryviv ta tekhnichnoi keramiky. Zbirnyk naukovykh prats. – 2019. – № 119. – P. 82–88.
Naukovo-tekhnichni pidkhody do vyrishennia aktualnykh problem rozbudovy sektoru bezpeky i oborony: kolektyvna monohrafiia / za zah. red. prof. A.P. Marchenka. – Odesa: Vydavnychyi dim «Helvetyka». – 2021. – 324 p.
Theoretical prerequisites for creation of radio transparent ceramic materials based on the system BaO – SrO – Al2O3 – SiO2 / G.V. Lisachuk, R.V. Kryvobok, Е.V. Chefranov, V.V. Voloshchuk // Achievements of Ukraine and the EU in ecology, biology, chemistry, geography and agricultural sciences: Collective monograph. – Riga, Latvia: “Baltija Publishing”. – 2021. – Vol. 2. – Р. 282–318.
Cpriazheni reaktsii v bahatokomponentnii systemi SrO-BaO-Al2O3-SiO2 / Kryvobok R.V., Pitak Ya.M., Lisachuk H.V., Voloshchuk V.V., Hrebeniuk O.O., Kudii M.O., Bahlai V.Iu. // Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. – 2024. – No. 5. – P. 138–145.
Berezhnyi A.S. Fizyko-khimichni systemy tuhoplavkykh, nemetalichnykh i sylikatnykh materialiv:Navchalnyi posibnyk / A.S. Berezhnyi, Ya.M. Pitak, O.D. Ponomarenko, N.P. Sobol. – K.:NMK VO, 1992. – 172 p.
Dielectric and mechanical properties of hypersonic radome materials and metamaterial design: A review / Taylor Kenion, Ni Yang, Chengying Xu // Journal of the European Ceramic Society. – 2022. – Vol.42. – № 1. – Р. 1–17.
High temperature ceramic radomes (HTCR) – A review / Abanti Nag, R. Ramachandra Rao, P.K. Panda. // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47. – № 15. – Р. 20793–20806.
Adarsh Shukla. Development of a critically evaluated thermodynamic database for the systems containing alkaline-earth oxides. – Montreal. – 2012. – 349 p.
Khimichna tekhnolohiia tuhoplavkykh nemetalevykh i sylikatnykh materialiv u prykladakh i zadachakh: navch. posib.: u 2 ch. / NTU «KhPI». Kharkiv: «Pidruchnyk NTU «KhPI»», 2015. Ch. 2: Fizyko-khimichni systemy, fazovi rivnovahy, termodynamika, resurso- ta enerhozberezhennia v tekhnolohii TNSM / za red. M.I. Ryshchenka. – 336 p.
Babushkin V.I., Matveev G.M., Mchedlov-Petrosian O.P. Thermodynamics of silicates / translatе B.N. Frenkel, V.A. Terentyev. Springer Berlin Heidelberg. – 2011. – 459 р.
Thermodynamic analysis of solid phase reactions in SrO – Al2O3 – SiО2 system / Lisachuk G.V., Kryvobok R.V., Fedorenko E.Y., Zakharov A.V., Prytkina M.S. // Functional Materials. – 2016. – Vol. 23. – No 1. – Р. 71–74.
Chefranov Ye.V. Radioprozori keramichni materialy na osnovi systemy BaO – SrO – Al2O3 – SiO2: dys. …kand. tekhn. nauk. Kharkiv, 2020. 199 p.
