Вивчення реакцій обміну в системі SrO-BaO-Al₂O₃-SiO₂

Abstract

Наукові дослідження в області нанотехнологій та композитних матеріалів для авіаційної та космічної техніки сприяють створенню нових видів радіопрозорих матеріалів з поліпшеними властивостями. 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.Scientific research in the field of nanotechnology and composite materials for aviation and space technology contributes to the creation of new types of radio-transparent materials with improved properties. This article deals with the flow of exchange reactions of the type аА+бВ = сС+дД in the volume of the SrO-BaO-Al₂O₃-SiO₂ concentration tetrahedron. The paper presents the results of Gibbs free energy calculations for exchange reactions in the considered system. The temperature intervals for the existence of separate combinations of phases are indicated and the formed elementary triangles are graphically presented. Based on the results of theoretical studies, it was established that in the SrO-BaO-Al₂O₃-SiO₂ system there is a possibility of five exchange reactions of the type аА+вВ = сС+дД. It was found that BaAl₂Si2O₈ – SrAl₂O₄ та Sr₃Al₂O₆ – Ba₂SiO₄ anodes are present in the temperature range of 300...1700 K. The presence of a combination of "filled triangle" phases – Sr₂Al₂SiO₇-2SrSiO₃-BaSiO₃ in the temperature range of 300...800 K was confirmed, and the existence of a combination of "filled circuit" phases – BaSiO₃ – BaAl₂O₄ – Sr₂Al₂SiO₇ in the temperature range of 1200...1700 K was confirmed. The discovery of this combination of phases makes it possible to expand the existing area in the experimental system for creating high-temperature ceramic materials. In turn, according to the obtained data of thermodynamic calculations, it was established that at temperatures below 1200 K, the target phases of the considered system, Ba₂SiO₄ and SrAl₂Si₂O₈, do not interact with each other, and the reaction is thermodynamically disadvantageous.