Уточнення субсолідусної будови чотирикомпонентної системи MgO - CaO - Al₂O₃ - Cr₂O₃ з урахуванням сполуки Сa₆Al₄Cr₂O₁₅

Abstract

Наведені результати теоретичних розрахунків субсолідусної будови чотирикомпонентної системи MgO – CaO – Al₂O₃ – Cr₂O₃ з урахуванням трикомпонентної сполуки Сa₆Al₄Cr₂O₁₅. Для встановлення стабільних конод у зазначеній системі застосовували термодинамічний та геометро-топологічний методи аналізів. При розбитті концентраційного тетраедра MgO – CaO – Al₂O₃ – Cr₂O₃ на елементарні із залученням геометро-топологічного аналізу можна зробити однозначне замикання до елементарного тетраедру граней з інцидентними ребрами (коннодами) через загальну вершину. Застосування цього методу дозволяє мінімізувати кількість необхідних термодинамічних розрахунків. Тетраедрація системи MgO – CaO – Al₂O₃ – Cr₂O₃ з урахуванням стабільних фаз обумовлена наявністю трьох «внутрішніх» конод, що проходять у тривимірному просторі концентраційного тетраедра: Сa₆Al₄Cr₂O₁₅ – MgO; MgCa₃Al₄O₁₀ – CaCr₂O₄, CaCr₂O₄ – MgAl₂O₄, що обумовлюють наявність 14 елементарних тетраедрів у субсолідусній області. Довжини конод та обсяги елементарних тетраедрів розраховані з урахуванням барицентричних координат та елементів евклідової геометрії. Фази, що входять до складу тетраедру з найбільшим відносним обсягом та найменшою асиметрією CaCr₂O₄ – СaAl₂O₄ –MgAl₂O₄ – MgO (185,6 ‰ та 2,55 відповідно) мають найбільшу ймовірність існування в системі, що дозволить розробити стійку технологію створення композиційних матеріалів на основі кальцієвого алюмохромітного цементу, з периклазом як заповнювачем, без спеціальних прийомів дозування вихідних компонентів. При цьому у разі порушення технологічного процесу у складі неформованого матеріалу синтезуватиметься магнійалюмінатна шпинель, що не призведе до погіршення експлуатаційних характеристик композиту, що використовується. Слід зазначити, що елементарні тетраедри з високим ступенем асиметрії, що вимагають відповідної точності дозування при прогнозуванні фазового складу синтезованих композиційних матеріалів, розташовані в областях системи, що не є технологічно вигідними з точки зору отримання неформованих вогнетривів на основі спеціальних в'яжучих матеріалів, і становлять інтерес для матеріалознавців керамічної та вогнетривкої галузей.The results of theoretical calculations of the subsolidus structure of the four-component system MgO – CaO – Al₂O₃ – Cr₂O₃ are presented, taking into account the three-component compound Сa₆Al₄Cr₂O₁₅. Thermodynamic and geometric topological analysis methods were used to establish stable conodes in the specified system. When dividing the concentration tetrahedron MgO – CaO – Al₂O₃ – Cr₂O₃ into elementary ones with the involvement of a geometro-topological analysis, it is possible to make an unambiguous closure to the elementary tetrahedron of faces with incident edges (connodes) through a common vertex. The use of this method allows to minimize the number of necessary thermodynamic calculations. The tetrahedra of the MgO – CaO – Al₂O₃ – Cr₂O₃ system, taking into account the stable phases, is caused by the presence of three "internal" conodes passing through the three-dimensional space of the concentration tetrahedron: Сa₆Al₄Cr₂O₁₅ – MgO; MgCa₃Al₄O₁₀– CaCr₂O₄, CaCr₂O₄ – MgAl₂O₄, which determine the presence of 14 elementary tetrahedra in the subsolidus region. The lengths of conodes and volumes of elementary tetrahedra were calculated taking into account barycentric coordinates and elements of Euclidean geometry. The phases included in the composition of the tetrahedron with the largest relative volume and the smallest asymmetry CaCr₂O₄– СaAl₂O₄–MgAl₂O₄ – MgO (185.6 ‰ and 2.55, respectively) have the highest probability of existence in the system, which will allow the development of a sustainable technology for creating composite materials based on calcium aluminochromite cement, with periclase as an aggregate, without special techniques dosage of initial components. At the same time, in the event of a violation of the technological process, magnesium aluminate spinel will be synthesized in the composition of the unformed material, which will not lead to deterioration of the performance characteristics of the composite used. It should be noted that elementary tetrahedra with a high degree of asymmetry, which require appropriate dosage accuracy when predicting the phase composition of synthesized composite materials, are located in areas of the system that are not technologically advantageous from the point of view of obtaining unformed refractories based on special binder materials, and are interest for materials scientists in the ceramic and refractory industries.