3D компьютерная модель T-x-y диаграммы CaO-MgO-Al2O3 при температурах выше 1300 °С
Аннотация
Проведен анализ противоречий по способу образования и характеру плавления соединений в двойной системе CaO-Al2O3, а именно: возможно ли в принципе существование соединения 12:7 и являются ли соединения 1:1 и 1:2 конгруэнтно либо инконгруэнтно плавящимися. Также обсуждаются возможности образования в тройной системе CaO-MgO-Al2O3 соединений: только одного 3:1:1 либо, кроме него, еще двух 1:2:8 и 2:2:14. Для наиболее общего варианта – с шестью бинарными и тремя тройными соединениями – построена 3D компьютерная модель T-x-y диаграммы. Ее высокотемпературная часть – выше 1300 °С – состоит из 234 поверхностей и 85 фазовых областей; тройные соединения образуются по трем перитектическим реакциям, кроме них в системе имеют место шесть квазиперитектических и три эвтектических нонвариантных реакции с участием расплава. Принцип построения трехмерной модели – постепенный переход от схемы фазовых реакций (трансформированной в схему моно- и нонвариантных состояний) в табличном и затем в графическом (наброску линейчатых поверхностей и изотермических плоскостей, соответствующих нонвариантным реакциям) виде к прототипу (графической схеме
всех поверхностей ликвидуса, солидуса, сольвуса) T-x-y диаграммы. Завершает конструирование трансформация прототипа в 3D модель реальной системы после ввода координат (составов и температур) базовых точек и коррекции кривизны линий и поверхностей. Готовая модель имеет широкие возможности визуализации фазовой диаграммы, включая построение любых произвольно заданных изо- и политермических сечений. Для построения 3D модели использовалась авторская программа PD Designer (Конструктор Фазовых Диаграмм). Для оценки качества 3D модели
проведено сравнение двух вариантов изотермического разреза при 1840 °С: модельного и фрагмента экспериментального сечения вблизи Al2O3.
Скачивания
Литература
Surkov N. V., Gartvich Y. G. Modeling of deepseated high-alumina parageneses on the basis of the stability fields of corundum- and spinel-normative assemblages of the system CaO-MgO-Al2O3-SiO2. Russian Geology and Geophysics. 2012;53(1): 51–61. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.12.004
Banushkina S. V., Gartvich Yu. G., Golitsyna Z. F., Surkov N. V. Experimental study of monovariant melting possibilities in the forsterite-normative part of the CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system in connection with the formation of spinel peridotitis. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel’skiy zhurnal = International Research Journal. 2017;66(12): 153–161. https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.050 (In Russ., abstract in Eng.)
Shabanova G. N., Korogodskaya A. N. Physical and chemical bases of spinel cements containing. Part 1. Subsolidus structure of aluminate oxide systems. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika = Refractories and technical ceramics. 2014;6: 3–7. Available at: https://w w w.elibrar y.ru/item.asp?id=23998838 (In Russ., abstract in Eng.)
Lutsyk V. I., Vorob’eva V. P. Computer models of eutectic-type T–x–y diagrams with allotropy. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2010;101(1): 25–31. https://doi.org/10.1007/s10973-010-0855-0
Vorob’eva V. P., Zelenaya A. E., Lutsyk V. I., Sineva S. I., Starykh R. V., Novozhilova O. S. Hightemperature area of the Fe-Ni-Co-Cu diagram: experimental study and computer design. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2021;42(2): 175-193. https://doi.org/10.1007/s11669-021-00863-3
Lutsyk V. I., Zelenaya A. E., Zyryanov A. M. Multicomponent systems simulation by the software of «Diagrams Designer». Journal Materials, Methods & Technologies. International Scientific Publications. 2008;2(1): 176–184. Available at: https://www.scientific-publications.net/download/materialsmethods-and-technologies-2008.pdf
Levin E. M., Robbins C. R., McMurdie H. F. Phase Diagrams for Ceramists. Ohio: American. Ceramic Society; 1964. 600 p. 8. Berezhnoi A. S. Mnogokomponentnyye sistemy okislov [Multicomponent systems of oxides]. Kiev: Naukova dumka Publ.; 1970. 542 p. (In Russ.)
Toropov N. A., Barzakovsky V. P., Lapshin V. V., Kurtseva N. N. Diagrammy sostoyaniya silikatnykh sistem. Spravochnik. Vyp. pervyy. Dvoynyye sistemy [State diagrams of silicate systems. Reference book. Issue first. Binary systems]. Leningrad: Science, Leningrad Branch Publ.; 1969. 822 p. (In Russ.)
Jung I. -H., Decterov S. A., Pelton A. D. Critical thermodynamic evaluation and optimization of the MgO-Al2O3, CaO-MgO-Al2O3, and MgO-Al2O3-SiO2 systems. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2004;25(4): 329–345. https://doi.org/10.1007/s11669-004-0151-4
Zienert T., Fabrichnaya O. Thermodynamic assessment and experiments in the system MgO-Al2O3. СALPHAD. 2013;40: 1–9. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2012.10.001
Lea F. M., Desh C. H. The chemistry of cement and concrete. 2d ed., London: Edward Arnoid & Co; 1956.
Nurse R. W., Welch J. H., Majumdar A. J. The CaO-Al2O3 system in a moisture-free atmosphere. Transactions of the British Ceramic Society. 1965;64: 409–418.
Berman R. G., Brown T. H. A Thermodynamic model for multicomponent melts, with application to the system CaO-A12О3-SiО2. Geochimica et Cosmochimica Acta. 1984;48(4): 661–678. https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)90094-2
Mao H., Selleby M., Sundman B. A re-evaluation of the liquid phases in the CaO-Al2O3 and MgO-Al2O3 systems. CALPHAD. 2004;28(3): 307–312; https://doi.org/10.1016/j.calphad.2004.09.001
Jerebtsov D. A., Mikhailov G. G. Phase diagram of CaO-Al2O3 system. Ceramics International... 2001;27(1): 25–28. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(00)00037-7
Smirnov G. S., Chatterjee A. K., Zhmoidin G. I. The phase equilibrium diagram of the ternary subsystem CaO-CaO·Al2O3-11CaO·7Al2O3·CaF2. Journal of Materials Science. 1973;8(9): 1278–1282. https://doi.org/10.1007/BF00549342
Taylor H. F. W. Cement chemistry. London: Thomas Telford; 1997. 459 p.
Lea F. Lea’s chemistry of cement and concrete. London: Elsevier Ltd; 1998. 1057 p.
De Noirfontaine M. -N., Tusseau-Nenez S., Girod-Labianca C., Pontikis V. CALPHAD formalism for portland clinker: Thermodynamic models and databases. Journal of Materials Science. 2012;47(3): 1471–1479. https://doi.org/10.1007/s10853-011-5932-7
Hentschel G. Mayenit 12CaO·7Al2O3 und brownmillerit, 2CaO·(Al,Fe)·2O3, zwei neue minerale in den kalksteineinschlüssen der lava des ettringer bellerberges. Neues Jahrbuch für Mineralogie, Monatshefte. 1964: 22–29.
Tolkacheva A. S., Shkerin S. N., Plaksin S. V., et al. Synthesis of dense ceramics of single-phase mayenite (Ca12Al14O32)O. Russian Journal of Applied Chemistry. 2011;84(6): 907–911. https://doi.org/10.1134/S1070427211060012
Rankin G. A., Merwin H. E. The ternary system CaO-Al2O3-MgO. Journal of the American Chemical Society. 1916;38(3): 568–88; https://doi.org/10.1021/ja02260a006
De Aza A. H., Iglesias J. E., Pena P., De Aza S. Ternary system Al2O3–MgO–CaO: Part II, Phase relationships in the subsystem Al2O3-MgAl2O4- CaAl4O7. Journal of the American Chemical Society. 2000;83(4): 919–27. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01295.x
Copyright (c) 2021 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
