Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа
The melting diagram of the B–B₂O₃–BN ternary system at 5 GPa has been calculated in the framework of phenomenological thermodynamics models. The literature data has been used for the model stability parameters and the unknown interaction parameters of models have been defined from the experimental s...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138317 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа / В.З. Туркевич, Т.О. Прихна, Д.В. Туркевич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 151-153. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860089488987914240 |
|---|---|
| author | Туркевич, В.З. Прихна, Т.О. Туркевич, Д.В. |
| author_facet | Туркевич, В.З. Прихна, Т.О. Туркевич, Д.В. |
| citation_txt | Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа / В.З. Туркевич, Т.О. Прихна, Д.В. Туркевич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 151-153. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | The melting diagram of the B–B₂O₃–BN ternary system at 5 GPa has been calculated in the framework of phenomenological thermodynamics models. The literature data has been used for the model stability parameters and the unknown interaction parameters of models have been defined from the experimental studies of the phase equilibria. The diagram is characterized by the existence of two eutectic, one peritectic and the maximum in univariant eutectic line invariant equilibria.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:22:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
151
УДК 541.1:546.273.171
В.З. Туркевич, д-р хим. наук, Т.О. Прихна, д-р техн. наук, член-корр. НАН Украины,
Д.В. Туркевич
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДИАГРАММЫ ПЛАВКОСТИ
СИСТЕМЫ B–B2O3–BN ПРИ 5 ГПа
The melting diagram of the B–B2O3–BN ternary system at 5 GPa has been calculated in the
framework of phenomenological thermodynamics models. The literature data has been used for the
model stability parameters and the unknown interaction parameters of models have been defined
from the experimental studies of the phase equilibria. The diagram is characterized by the existence
of two eutectic, one peritectic and the maximum in univariant eutectic line invariant equilibria.
Соединения бора имеют короткую ковалентную связь, уникальные кристаллографи-
ческие и физико-химические свойства, высокую твердость. Они стали основой для создания
ряда тугоплавких и сверхтвердых материалов, в том числе: кубический нитрид бора cBN и
карбид бора B4C [1]. Указанные свойства присущи еще двум соединениям бора – субоксиду
В6О и субнитриду B6N, которые получают в результате химической реакции соответственно
бора с оксидом бора В2О3 (ІІІ) и графитоподобным гексагональным нитридом бора hBN.
Подробнее методы получения В6О, B6N и их свойства, опубликованы в работах [2-4]. Экспе-
риментальные исследования фазовых превращений, термодинамический анализ и построе-
ны диаграммы состояния двойных систем B–B2O3 и B–BN при высоком давлении описаны
в [3, 4].
Приведем термодинамический расчет диаграммы плавкости тройной системы B–B2O3–
BN при 5 ГПа.
Анализ экспериментальных данных (температуры образования соединений и появления
жидкой фазы), показал, что соединения исследуемой системы – B2O3, cBN, hBN, B6O, B13N2,
а также бор могут быть описаны как фазы постоянного состава, а для описания жидкой фазы
достаточно учесть взаимодействие в двойных системах B–B2O3 и B–BN без необходимости
учета тройного взаимодействия в системе B–B2O3–BN [5]. Другими словами, концентраци-
оннаая зависимость свободной энергии Гиббса жидкой фазы может быть записана в прибли-
жении регулярных растворов с тройным параметром взаимодействия, равным нулю:
32323232
32323232
,,,
)( lnlnln
OBBNOBBNOBBOBBBNBBNB
OBOBBNBNBB
L
OB
o
OB
L
BN
o
BN
L
B
o
B
L
ExxExxExx
xxxxxxRTGxGxGxG
,
где
L
OB
oL
B
o GG
32
, – мольные энергии Гиббса жидких бора и оксида бора (ІІІ) (взяты из [6]);
L
BN
oG – мольный изобарно-изотермический потенциал жидкого нитрида бора (взяты из
[7]), 3232 ,,, ,, OBBNBNBOBB EEE – параметры взаимодействия в расплавах двойных систем B–B2O3,
B–BN, BN–B2O3 (взяты из [3, 4, 8]).
Температурные зависимости свободной энергии Гиббса -ромбоэдрического бора, -
оксида бора B2O3 взяты из [6], hBN и cBN – из [7], B6O – из [3] и B13N2 – из [4].
Высокие давления вызывают увеличение свободной энергии Гиббса каждой фазы на
величину dpV
p
m
0
, где
mV – мольный объем фазы со структурой . Для расчетов использова-
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
152
ны те же значения термодинамических величин и допущения, что и в [3, 4, 8], а именно:
мольные объемы и их изменение при плавлении; модули сжатия кристаллических веществ;
модули сжатия соответствующих жидких фаз рассчитаны так, чтобы максимально точно
описать барические зависимости температуры плавления; коэффициенты термического рас-
ширения для жидкой и кристаллической фаз всех веществ одинаковы.
Объем жидкой фазы тройной системы рассчитан в приближении нулевого объема
смешения по формуле
L
BNBN
L
OBOB
L
BB
L
m VxVxVxV
3232 .
Диаграмма плавкости тройной системы B–B2O3–BN при 5 ГПа, рассчитанная с исполь-
зованием описанных модельных представлений, показана на рис. 1, а ее изотермические се-
чения – на рис. 2 и 3.
BN
B2O3
B
10
10
20 30 40 50 60
40
60
70
80
9010
20
30
40
50
N, ат.%
В, ат.%O, ат.%
hBN
cBN
32
00
В13N2
В6O
e4
p1
P1
E1
E2e2
e3
В6O
В13N2
B
Max
B2O
Рис. 1. Проекция поверхности ликвидус и элементов
поверхности солидус системы В–ВN–В2О3 при 5 ГПа
BN
B2O3
B
20 30 40 50 60
40
60
70
80
9010
20
30
40
50
N, ат.%
В, ат.%O, ат.%
L+В6O
В13N2
В6O
L
L+cBN
T=2550 K
10
L
Рис. 2. Изотермическое сечение диаграммы
состояния системы В–ВN–В2О3 при 5 ГПа и 2550 К
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
153
B2O3
B
20 30 40 50 60
40
60
70
80
9010
20
30
40
50
N, ат.%
В, ат.%O, ат.%
L+cBN
L+В6O+cBN
В13N2
В6O
В6O+В13N2+B
L+В6O
L
В6O+cBN+ В13N2
T=2200 K
ВN
10
Рис. 3. Изотермическое сечение диаграммы состояния
системы В–ВN–В2О3 при 5 ГПа и 2200 К
Диаграмма характеризируется наличием двух эвтектических нонвариантных равнове-
сий L ⇆ B + B6O + B13N2 (E1, 2320 K), L ⇆ B6O + B2O3 + cBN (E2, 1300 K), одного перитек-
тического L + cBN ⇆ B6O + B13N2 (P1, 2480 K), а также максимумом на моновариантной кри-
вой L ⇆ B2O3 + cBN при 2550 K, через которую проходит квазибинарное сечение B6O–BN.
Выводы
Наиболее широкие области первичной кристаллизации при 5 ГПа в системе B–B2O3–
BN имеют субоксид бора B6O и кубический нитрид бора cBN. При температуре 3220 К на-
блюдается изотерма равновесия кубической cBN и графитоподобной гексагональной моди-
фикации hBN нитрида бора. Монокристаллы субнитрида бора B13N2 можно получить путем
кристаллизации из раствора в расплаве в относительно узком температурном интервале
(2320-2600 К) и концентрационном (84-93 ат.% бора и до 10 ат.% кислорода).
Литература
1. Синтетические сверхтвердые материалы. В 3 т. Т. 1. Синтез сверхтвердых материалов /
Отв. ред. Н. В. Новиков. – К.: Наук. думка, 1986. – 280 с.
2. Соложенко В. Л., Куракевич А. А., Туркевич В. З., Туркевич Д. В. // Сверхтвердые
материалы. – 2005. – № 3. – С. 14–18.
3. Соложенко В.Л., Туркевич В.З., Туркевич Д.В. // Сверхтвердые материалы. – 2005. – №
6. – С. 27-34.
4. Туркевич В. З., Соложенко В. Л., Туркевич Д. В. // Породоразрушающий и
металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и
применения: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ НАН Украины, 2006. Вып. 9. – С. 163–167.
5. Туркевич В. З., Петруша И. А., Туркевич и др. // Сверхтвердые материалы. – 2008. – №
1. – С. 23-30.
6. Термодинамические свойства неорганических веществ / под ред. В.П. Глушко, Л.В.
Гурвича, Г.А. Бергмана и др. – М.: Наука, 1981.
7. Solozhenko V.L., Turkevich V.Z., Holzapfel W. // J. Phys. Chem. B. – 1999. - Vol. 103 N. 15.
– P. 2903-2905.
8. Туркевич В.З., Воронин Г.А., Луценко А.Н. // Сверхтвердые материалы. – 1999. – № 2. –
С. 49-53.
Поступила 15.05.08
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138317 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2223-3938 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:22:11Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Туркевич, В.З. Прихна, Т.О. Туркевич, Д.В. 2018-06-18T14:52:37Z 2018-06-18T14:52:37Z 2008 Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа / В.З. Туркевич, Т.О. Прихна, Д.В. Туркевич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 151-153. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138317 541.1:546.273.171 The melting diagram of the B–B₂O₃–BN ternary system at 5 GPa has been calculated in the framework of phenomenological thermodynamics models. The literature data has been used for the model stability parameters and the unknown interaction parameters of models have been defined from the experimental studies of the phase equilibria. The diagram is characterized by the existence of two eutectic, one peritectic and the maximum in univariant eutectic line invariant equilibria. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа Article published earlier |
| spellingShingle | Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа Туркевич, В.З. Прихна, Т.О. Туркевич, Д.В. Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| title | Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа |
| title_full | Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа |
| title_fullStr | Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа |
| title_full_unstemmed | Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа |
| title_short | Термодинамический расчет диаграммы плавкости системы B–B₂O₃–BN при 5 ГПа |
| title_sort | термодинамический расчет диаграммы плавкости системы b–b₂o₃–bn при 5 гпа |
| topic | Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| topic_facet | Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138317 |
| work_keys_str_mv | AT turkevičvz termodinamičeskiirasčetdiagrammyplavkostisistemybb2o3bnpri5gpa AT prihnato termodinamičeskiirasčetdiagrammyplavkostisistemybb2o3bnpri5gpa AT turkevičdv termodinamičeskiirasčetdiagrammyplavkostisistemybb2o3bnpri5gpa |