Термодинамический анализ возможности использования расплавов системы BaO-Na2O-Fe2O3 для выращивания кристаллов гексаферрита бария

УДК 548.55

DOI: 10.14529/met170305

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ BaO-Na2O-Fe2O3 ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ГЕКСАФЕРРИТА БАРИЯ

1 2 2 11 Д.А. Винник, Е.А. Трофимов2, Д.П. Галкина2, А.С. Чернуха', В.Е. Живулин,

А.Ю. Стариков1, А.В. Резвый1, А.В. Сенин1, Г.Г. Михайлов1

1 Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, Россия,

2 Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте, Россия

Представлены результаты проведенного исследования системы BaO-Na2O-Fe2O3. С учетом экспериментальных данных подобраны и оптимизированы самосогласованные наборы значений термодинамических параметров, позволяющие моделировать реализующиеся в этой системе фазовые равновесия. Сформирована пользовательская база данных, позволяющая проводить расчеты с помощью программного пакета FactSage. С помощью программного пакета FactSage рассчитаны фазовые диаграммы ряда оксидных систем. Результаты расчетов для систем BaO-Fe2O3, Na2O-Fe2O3, BaO-Na2O представлены в виде T-x диаграмм. Для системы BaO-Na2O-Fe2O3 результаты представлены в виде изотермических и политермических разрезов, а также в форме поверхности ликвидуса. Показано, что полученные результаты позволяют рационально подходить к выбору режимов выращивания кристаллов из расплава и, в частности, позволяют определять концентрационные и температурные интервалы, в которых процесс выращивания кристаллов будет наиболее эффективен. Анализ полученных результатов привел к выводу о том, что использование в качестве растворителя оксида натрия позволяет снизить температурный интервал выращивания кристаллов гексаферрита с 1351-1465 °С (в двойной системе) до 1116-1268 °С (на разрезе BaFei2Oi9-Na2O). Полученные результаты будут востребованы для рационального выбора режимов выращивания кристаллов гексагональных ферритов из оксидного расплава.

Ключевые слова: ферриты бария и натрия, термодинамическое моделирование, фазовые диаграммы, кристаллизация оксидных расплавов.

Введение

Разработка физико-химических параметров, обеспечивающих стабильное образование кристаллов гексаферрита бария (BaFe12O19) и твердых растворов на его основе из оксидных систем [1], требует детальной информации о фазовых равновесиях, реализующихся в многокомпонентных системах. Одним из наиболее распространенных оксидов-растворителей, используемых для получения кристаллов гексаферрита из оксидного расплава (флюса), является оксид натрия.

Вероятно, первой научной статьей, наиболее полно отражающей результаты роста объемных монокристаллов гексаферрита бария из раствора системы Fe2O3-BaO-Na2O, была публикация [1]. Авторы Р.Дж. Гамбино и Ф. Леонгард провели системное исследование возможности выращивания кристаллов из растворителя на основе №20, установили оптимальный комплекс физико-химических параметров, обеспечивающих кристаллообразование фазы гексаферрита, а также максималь-

ный размер кристаллов и их массовый выход. В рамках изучения возможности выращивания кристаллов BaFe12O19 из расплава системы Fe2O3-BaO-Na2O был проведен ряд экспериментов. Исходные компоненты ^е203, ВаС03 и №2С03) смешивались в сухом виде до однородной консистенции. Полученную смесь помещали в 50 см3 закрытый платиновый тигель, нагревавшийся до температур от 1200 до 1300 °С в печи сопротивления. Как только печь достигла требуемой температуры, расплав медленно охлаждался с контролируемой скоростью 4,5 °С/ч. По достижении температуры тигля 900 °С печь выключалась и самопроизвольно охлаждалась до комнатной температуры. Полученные образцы кристаллов после необходимой подготовки исследовали посредством рентгеноструктурного анализа (метод Дебая - Шерера с использованием излучения ^ Fe). Также авторами этой работы были получены кривые охлаждения. В ходе исследования образцы нагревали до 1250 °С и затем охлаждали до температуры 360 °С в те-

чение часа. Температура образца и печи непрерывно регистрировалась. Для обеспечения воспроизводимости результатов исследования для каждого состава были сделаны как минимум по две кривые.

Несмотря на большой срок, прошедший со времени опубликования этой работы, а также интерес других исследователей к использованию №20 в качестве компонента флюса для выращивания кристаллов BaFe12O19, до настоящего времени в литературе отсутствует полноценная информация о фазовой диаграмме системы Ва0-№20-Ре203.

В рамках настоящей работы была поставлена задача проведения термодинамического анализа системы Ва0-№20^е203, моделирования фазовых равновесий, реализующихся в

Термодинамические ха

этой системе, что является чрезвычайно важным, поскольку позволит определить концентрационные и температурные интервалы, обеспечивающие кристаллизацию гексафер-рита из оксидного расплава.

Используемые методы

В процессе исследования для подбора термодинамических характеристик, оптимизации модельных параметров и расчета фазовых диаграмм использовался программный комплекс FactSage (версия 7.0) [2, 3], произведенный «Thermfact» (Canada) and «GTT Technologies» (Germany), и созданные в процессе исследования базы термодинамических данных, ключевые данные о содержании которых представлены в табл. 1-3. Значения

Таблица 1

еристики оксида бария

BaO

298,150-799,109 К Cp = 48,8610816 + 0,0088948188-T - 379 724,7031/T2 *

799,109-2286,000 К Cp = 50,610128561 + 0,006918282002-T - 494 977,8498/T2 *

BaO (жидкий) Тпл = 2286 К АЯпд = 59 000 Дж/моль

298,150-643,773 К Cp = 47,972692738 + 0,010207731-T - 333 748,541/T2 *

643,773-1600,010 К Cp = 51,320488471 + 0,006589285554-T - 755 792,448/T2 *

1600,010-5000,000 К Cp = 66,944 *

* - результат аппроксимации данных, представленных в справочнике [4].

Таблица 2

Термодинамические характеристики двойных оксидов

BaFe2O4 (твёрдый) АЯ298 = -1 518 000 Дж/моль * S298 = 123,2 Дж/(моль-К) *

298,150-2500,000 К Cv = 138,6 + 0,08742-T - 929 857,89/T2 [5]

BaFe12O19 (твёрдый) АЯ298 = -5 698 000 Дж/моль * S298 = 5 2 8,6 Дж/(моль-К) *

298,150-725,000 К Cp = 348,6 + 1,16882-T [6]

725,000-2000,000 К Cp = 695,79 + 0,1546-T [6]

Ва^е205 (твёрдый) AH298 = -2 109 000 Дж/моль * S298 = 189,2 Дж/(моль-К) *

298,150-2500,000 К Cv = 187,1 + 0,09592-T - 1 278 526,46/T2 [5]

Ва^е6Оп (твёрдый) АЯ298 = -3 891 800 Дж/моль * S298 = 3 65,7 Дж/(моль-К) *

298,150-2500,000 К Cp = 398,94 + 0,1195-T - 5 991 000/T2 [6]

BaзFe2O6 (твёрдый) АЯ298= -2 660 300 Дж/моль * S298 = 262,8 Дж/(моль-К) *

298,150-2500,000 К Cp = 235,6 + 0,10443-T - 1 627 195,02/T2 [5]

NaFeO2 (твёрдый 1) АН298 = -703 000 Дж/моль * S298 = 88,341 Дж/(моль-К) [7]

298,150-1620,000 К Cp = 110,95 + 0,0076933-T - 2 552 200/T2 [7]

1620,000-2000,000 К Cp = 125,52 **

NaFeO2 (твёрдый 2) = 870 К [7] АЯ^2 = 41,84 Дж/моль [7]

298,150-1620,000 К Cp = 110,95 + 0,0076933-T - 2 552 200/T2 [7]

1620,000-2000,000 К Cp = 125,52 **

NaFeO2 (твёрдый 3) T2^3 = 1270 К [7] А#2^3 = 2177 Дж/моль [7]

298,150-1620,000 К Cp = 110,95 + 0,0076933-T - 2 552 200/T2 [7]

1620,000-2000,000 К Cv = 125,52 **

* - результат оптимизации;

** - заимствовано из базы SGPS (SGTE pure substances database, v13.1, 2013); *** - заимствовано из базы FToxid (FACT oxide compounds, 2015).

Окончание табл. 2

NaFeO2 (жидкий) Гпл = 1620 К** ДЯпл= 49 371 Дж/моль**

298,150-1620,000 К Cv = 110,95 + 0,0076933-T - 2 552 200/T2 [71

1620,000-2000,000 К Cp = 125,52 **

Na3FeO3 (твёрдый) ДЯ298 = -1 179 334 Дж/моль * ^298 = 174,68 Дж/(моль-К) *

298,150-1600,000 К Cp = 189,26 + 0,024847T - 850 712/T2 - 9672/T ***

Na8Fe2O7 (твёрдый) ДЯ298 = -2 834 990 Дж/моль * S298 = 43 5,7 Дж/(моль-К) *

298,150-1300,000 К Cp = 456,8311 + 0,066853-T - 29 015,8/T ***

Na3Fe5O9 (твёрдый) ДЯ298 = -2 917 510 Дж/моль * ^298 = 372,75 Дж/(моль-К) *

298,150-1405,000 К Cp = 441,846326104 + 0,065797653036-T - 8 489 155,0276/T2 -

- 2,11312505784-10-5-T ***

Таблица 3

Параметры модели, использованные для описания оксидного расплава

Система Значения параметров, Дж/моль

BaO-Fe2O3 LL-,^- = -250000

4,2+ ,Fe3+:o2- = 20000

LU ,Fe3+:o2- = 50000

BaO-Na2O L 2+ + 2 = 0 Ba , Na+ :O2

Fe2O3-Na2O LFe3+ ,Na+:o2- = -471570 + 122 " T

LFe3+,Na+:O- = 202664-41 " T

LFe3+,Na+:O- = 153771-109,3 " T

BaO-Fe2O3-Na2O Ba2+ LBa2+,Fe3+, Na+:O- = -400000

Fe3+ L 2+ 3+ + 2 = -900 000 Ba ,Fe3+, Na+ :O2-

Na+ L 2+ 3+ + 2 = 100 000 Ba2+ ,Fe3+, Na+ :O2-

термодинамических функций отчасти заимствованы из литературных источников, а отчасти стали результатом оптимизации параметров с целью получения согласующейся с экспериментальными данными картины фазовых равновесий в моделируемой системе. Данные для описания Na2O и Fe2O3 заимствованы из базы SGPS (SGTE pure substances database, v13.1, 2013), данные для газообразного BaO, а также AH298, <S298, Tш и AHra для оксида бария заимствованы из базы FactPS (FACT pure substances database, 2015).

Для описания энергии Гиббса оксидного расплава для всех исследуемых систем использована двухподрешеточная модель ионной жидкости [8, 9]. Компонентами катионной подрешетки считаются положительные ионы (Ва2+, Fe3+, Анионная подрешетка состоит из ионов О2-. Для описания отклонения раствора компонентов подрешеток от идеальности использовались полиномы Редлиха - Кистера.

В рамках модели жидкость рассматривается как фаза, которая может быть описана общей формулой

где р и q - числа ионов (катионов и анионов, соответственно), вычисляемые по специальным формулам [8, 9].

Все расчеты выполнены исходя из предположения об общем давлении в системе, равном 1 бар.

Результаты расчетов и их обсуждение

Термодинамическое описание тройной системы потребовало предварительного описания двойных систем Ва0-Ре203, №20^е203 и Ва0-№20. На рис. 1-3 представлены результаты расчета фазовых диаграмм этих систем.

Анализ фазовой диаграммы системы Ва0^е203 показывает, что для выращивания

Рис. 1. Фазовая диаграмма системы Ва0^е20з

Рис. 2. Фазовая диаграмма системы Fe2Oз-Na2O с нанесёнными результатами некоторых экспериментов, описанных в литературе: 1 - [10]; 2 - [11], равновесие Fe2Oз с NaFeO2; 3 - [11], равновесие Fe2Oз с NaзFe5O9; 4 - [12]; 5 - [13-18], NaFeO2; 6 - [19]; 7 - [20]; 8 - [12]; 9 - [21]

Мольная доля Na20 Рис. 3. Фазовая диаграмма системы BaO-Na2O

кристаллов гексаферрита бария из расплавов этой системы можно использовать достаточно узкий температурный интервал (1351-1465 °С, согласно диаграмме), который к тому же приходится на область относительно высоких температур.

Результаты, полученные авторами [1] (часть из которых представлена на рис. 4 и 5), позволили оптимизировать параметры, характеризующие взаимодействие трех компонентов в системе Ва0-№20^е203 (в дополнение к параметрам, характеризующим фазовые равновесия в граничных двойных системах).

Набор полученных параметров позволил осуществить расчет изотермических разрезов фазовой диаграммы этой системы (рис. 6а-в), а также координаты поверхности ликвидуса для этой системы, представленной на рис. 7.

Для удобства анализа на рис. 6в и 7 нанесены линии разреза, соответствующего BaFel2Ol9-Na2O.

Анализ представленной на рисунках информации позволяет прийти к выводам о том, что использование оксида натрия в качестве растворителя позволяет добиваться заметного снижения температуры процесса (нижняя граница ликвидуса в интересующем нас прежде всего разрезе Na2O-BaFe12O19 смещается до величины 1116 °С) и при этом приводит к заметному расширению интервала температур, при котором гексаферрит бария может

находиться в равновесии с оксидным расплавом.

При этом, однако, в область более низких температур смещается и верхняя граница диапазона, в котором может происходить выращивание кристаллов. Кроме того, можно видеть, что увеличение содержания оксида натрия в системе выше некоторого предела (конкретная величина которого зависит от температуры и может быть оценена по политермическому разрезу Na2O-BaFel2Ol9) приводит к тому, что из расплава перестает выделяться гексаферрит бария и начинают выделяться фазы иной природы (феррит натрия прежде всего). На рис. 8 представлены результаты расчета участка политермического разреза фазовой диаграммы системы ВаО-Fe2O3-Na2O на линии BaFe12O19-Na2O в мас. долях. Такая форма представления является более удобной для технолога, определяющего необходимый для выращивания кристаллов BaFe12O19 состав шихты. На рис. 8 нанесены изобары, отражающие равновесное парциальное давление №20. Видно, что в условиях, при которых может происходить процесс выращивания, парциальное давление оксида натрия (самого летучего из оксидов - компонентов системы) не превышает 10-11 бар. Отсюда можно сделать вывод, что испарение компонентов не должно мешать проведению процесса.

Рис. 4. Политермический разрез фазовой диаграммы системы Ва0^е20з^а20 на линии BaFe12O19-Na2O. Экспериментальные данные [1]: • - точки равновесия оксидного расплава с кристаллическими фазами, включая BaFe12O19;  - граница пересечения областей фазовых равновесий;  - тройная эвтектика

Рис. 5. Политермический разрез фазовой диаграммы системы Ва0^е20з^а20 для мольной доли Na2O в системе, равной 0,2. Экспериментальные данные [1]: • - точки равновесия оксидного расплава с кристаллическими фазами, включая BaFe12O19;  - граница пересечения областей фазовых равновесий;  - тройная эвтектика

Рис. 6а. Изотермический разрез фазовой диаграммы системы Ва0^е20з-№20 для Т = 1100 °С

Рис. 6б. Изотермический разрез фазовой диаграммы системы Ва0^е20з-№20 для Т = 1200 °С

Рис. 6в. Изотермический разрез фазовой диаграммы системы Ва0^е20з^а20 для Т = 1з00 °С

Рис. 7. Поверхность ликвидуса для фазовой диаграммы системы Ва0^е20з^а20

Рис. 8. Политермический разрез фазовой диаграммы системы Ва0^е20з^а20 на линии BaFe12O19-Na2O. Нанесены изобары, отражающие выраженное в барах равновесное парциальное

давление Na2O

Заключение

В результате проведенного исследования проанализирован большой объем литературных данных о фазовых равновесиях, реализующихся в оксидных системах Ва0-Ре203, N20^03 и Ва0-Ча20^0з.

Опираясь на экспериментальные данные, подобраны и оптимизированы самосогласованные наборы значений термодинамических параметров, позволяющие моделировать фазовые равновесия, реализующиеся в перечисленных системах. Пополнена пользовательская база данных, позволяющая проводить расчеты с помощью программного пакета FactSage.

С помощью программного пакета FactSage рассчитаны фазовые диаграммы ряда оксид-

ных систем. Результаты расчетов для систем ВаО^Оз, ^20^0з, Ва0-Ча20 представлены в виде Т-х диаграмм. Для системы Ва0-№20-Ре203 результаты представлены в виде изотермических и политермических разрезов, а также в форме поверхности ликвидуса.

Показано, что полученные результаты позволяют рационально подходить к выбору режимов выращивания кристаллов из расплава и, в частности, позволяют определять концентрационные и температурные интервалы, в которых процесс выращивания кристаллов будет наиболее эффективен.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект 16-08-01043_а.

^HTepaTypa/References

1. Gambino R.J., Leonhard F. Growth of Barium Ferrite Single Crystals. J. Am. Ceram. Soc., 1961, vol. 44, no. 5, pp. 221-224. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1961.tb15364.x

2. Bale C.W., Chartrand P., Degterov S.A., Eriksson G., Hack K., Ben Mahfoud R., Melançon J., Pel-ton A.D., Petersen S. FactSage Thermochemical Software and Databases. Calphad, 2002, vol. 26, no. 2, pp. 189-228. DOI: 10.1016/S0364-5916(02)00035-4

3. Bale C.W., Bélisle E., Chartrand P., Decterov S.A., Eriksson G., Hack K., Jung I.-H., Kang Y.-B., Melançon J., Pelton A.D., Robelin C., Petersen S. FactSage Thermochemical Software and Databases -Recent Developments, Calphad, 2009, vol. 33, no. 2, pp. 295-311. DOI: 10.1016/j.calphad.2008.09.009

4. Chase M.W. NIST-JANAF Thermochemical Tables (4th ed). Washington, D.C. American Chemical Society, 1998. 1962 p.

5. Rakshit S.K., Parida, S.C., Smruti Dash, Ziley Singh, B.K. Sen, V. Venugopal. Heat Capacities of Some Ternary Oxides in the System Ba-Fe-O Using Differential Scanning Calorimetry. Journal of Alloys and Compounds, 2007, vol. 438, pp. 279-284. DOI: 10.1016/j.jallcom.2006.08.026

6. Шабанова Г.Н., Быканов С.Н., Гуренко И.В., Ткачева З.И. Термодинамическая оценка образования ферритов бария. Сборник научных трудов ХГПУ «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье». Харьков: ХГПУ, 1998. Т.6, № 3. С. 35-40. [Shabanova G.N., Bykanov S.N., Gurenko I.V., Tkacheva Z.I. [Thermodynamic Evaluation of the Formation of Barium Ferrites]. Collection of Scientific Works of the KhSPU "Information Technologies: Science, Technology, Technology, Education, Health". Kharkov, KhSPU, 1998, vol. 6, no. 3, pp. 35-40. (in Russ.)]

7. Moosavi-Khoonsari E., Jung I.-H. Critical Evaluation and Thermodynamic Optimization of the Na2O-FeO-Fe2O3 System. Metallurgical and Materials Transactions B, 2016, vol. 47, no. 1, pp. 576-594. DOI: 10.1007/s11663-015-0517-5

8. Hillert M., Jansson B., Sundman B., Agren J. A Two-Sublattice Model for Molten Solutions with Different Tendency for Ionization. Met. Trans. A, 1985, vol. 16A, no. 2, pp. 261-266. DOI: 10.1007/BF02815307

9. Sundman B. Modification of the Two-sublattice Model for Liquids. Calphad, 1991, vol. 15, pp. 109-120. DOI: 10.1016/0364-5916(91)90010-H

10. Kale G.M., Srikanth S. Electrochemical Determination of the Gibbs Energy of Formation of Na2Fe2O4 and Na3Fe5O9 Employing Na-P-Al2O3 Solid Electrolyte. J. Am. Ceram. Soc., 2000, vol. 83, no. 1, pp. 175-80. DOI: 10.1111/j.1151-2916.2000.tb01167.x

11. Zhang L., Fray D.J., Dekeyser J.C., De Schutter F. Reference Electrode of Simple Galvanic Cells for Developing Sodium Sensors for Use in Molten Aluminum. Metall. Mater. Trans. B, 1996, vol. 27, no. 5, pp. 794-800. DOI: 10.1007/BF02915609

12. Yamaguchi S., Kaneko Y., Iguchi Y. Activity Measurements of Na2O in Na2O-Fe2O3 System by EMF Method Using Sodium Beta Alumina as a Solid Electrolyte. Trans. Jpn. Inst Metal, 1987, vol. 28, no. 12, pp. 986-93. DOI: 10.2320/matertrans1960.28.986

13. Thery J. Alkali Metal Ferrates and their Hydrolysis Products. Ann. Chim. (Paris), 1962, vol. 7, pp. 207-38.

14. Christensen A.U., Conway K.C., Kelley K.K. High-temperature Heat Contents and Entropies of Aluminates and Ferrites of Lithium and Sodium, and of Lithium Titanate. Bur. Mines Rep. Invest, 1960, vol. 5565, pp. 1-8.

15. Koehler M.F., Barany R., Kelley K.K. Heats and Free Energies of Formation of Ferrites and Aluminates of Calcium, Magnesium, Sodium, and Lithium. Bur. Mines Rep. Invest, 1961, vol. 5711, pp. 1-14.

16. King E.G. Heat Capacities at Low Temperatures and Entropies at 298.16°K. of Aluminates and Ferrites of Lithium and Sodium. J. Am. Chem. Soc. 1955, vol. 77, pp. 3189-90. DOI: 10.1021/ja01617a007

17. Wu P.C.-S. Reaction of Fe-Ni-Cr Alloys with Oxygen-containing Sodium, Ph.D. dissertation, Iowa State University, Iowa, 1972, pp. 42-76.

18. Shaiu B.-J. Thermodynamic Properties of Compounds of Na2O with the Oxides of Chromium, Nickel, and Iron, Ph.D. dissertation, Iowa State University, Iowa, 1976, pp. 34-55.

19. Knick R., Kohlmeyer E.J. Fusion Properties of Mixtures of Na2CO3 and Fe2O3. Z. anorg. u. allgem. Chem., 1940, vol. 244, no 1, pp. 67-84.

20. Romers C., Rooymans C.J., De Graaf R.G.D. The Preparation, Crystal Structure and Magnetic Properties of Na3Fe5O9. Acta Crystallogr., 1967, vol. 22, pp. 766-71. DOI: 10.1107/S0365110X67001537

21. Stuve J.M., Pankratz L.B., Richardson D.W. Thermodynamic Properties of (Na2O4)Fe2O3, 6 to 1,200 °K. Bur, Mines Rep. Invest., 1971, vol. 7535, pp. 1-11.

Винник Денис Александрович, канд. техн. наук, доцент, заведующий лабораторией роста кристаллов, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; vinnikda@susu.ru.

Трофимов Евгений Алексеевич, д-р хим. наук, доцент, профессор кафедры техники и технологии производства материалов, Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте, г. Златоуст; trofimovea@susu.ru.

Галкина Дарья Павловна, студент кафедры промышленного и гражданского строительства, Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте, г. Златоуст; dashagalkina98@mail .т.

Чернуха Александр Сергеевич, аспирант, ассистент кафедры материаловедения и физико-химии материалов, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; wustite1991@ gmail.com.

Живулин Владимир Евгеньевич, соискатель, инженер лаборатории монокристаллов НОЦ, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; zhivulinve@mail.ru.

Стариков Андрей Юрьевич, лаборант-исследователь, студент кафедры материаловедения и физико-химии материалов, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; starikov-andrey@mail.ru.

Резвый Александр Владимирович, лаборант-исследователь, студент кафедры материаловедения и физико-химии материалов, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; canshez@gmail.com.

Сенин Анатолий Владимирович, канд. хим. наук, доцент, доцент кафедры материаловедения и физико-химии материалов, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; seninav@susu.ru.

Михайлов Геннадий Георгиевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой материаловедения и физико-химии материалов, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; mikhailov@susu.ru.

Поступила в редакцию 8 июля 2017 г.

DOI: 10.14529/met170305

THERMODYNAMIC ANALYSIS OF THE POSSIBILITY OF USING MELTS OF THE BaO-Na2O-Fe2O3 SYSTEM FOR GROWING BARIUM HEXAFERRITE CRYSTALS

D.A. Vinnik1, vinnikda@susu.ru,

E.A. Trofimov2, trofimovea@susu.ru, D.P. Galkina2, dashagalkina98@mail.ru, A.S. Chernukha1, wustite1991@gmail.com, V.E. Zhivulin1, zhivulinve@mail.ru,

A.Yu. Starikov1, starikov-andrey@mail.ru, A.V. Rezviy1, canshez@gmail.com, A.V. Senin1, seninav@susu.ru, G.G. Mikhailov1, mikhailov@susu.ru

1 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation,

2 South Ural State University, Zlatoust, Russian Federation

The results of the BaO-Na2O-Fe2O3 system study are presented in the article. The thermodynamic parameters were selected and optimized for simulatig the phase equilibria realized in this system according to the experimental data. A user database for calculations using the software package

"FactSage" has been produced. With that software package "FactSage" phase diagrams of oxide systems have been calculated. The results for the systems BaO-Fe2O3, Na2O-Fe2O3, BaO-Na2O are presented in the form of T-x diagrams. For the BaO-Na2O-Fe2O3 system, the results are presented in the form of isothermal and polythermal sections, and also in the form of a liquidus surface. It is shown that the results of the studies (concentrations and temperature ranges) can be used in crystal growth process. The obtained results will be in demand for a effective choice of the parameters for hexagonal ferrites crystals flux growth.

Keywords: barium and sodium ferrites; thermodynamic modelling; phase diagrams; crystallization of oxide melts.

Received 8 July 2017

ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ

FOR CITATION

Термодинамический анализ возможности использования расплавов системы Ba0-Na20-Fe20з для выращивания кристаллов гексаферрита бария / Д.А. Винник, Е.А. Трофимов, Д.П. Галкина и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2017. -Т. 17, № 3. - С. 34-45. D0I: 10.14529^170305

Vinnik D.A., Trofimov E.A., Galkina D.P. Cher-nukha A.S., Zhivulin V.E., Starikov A.Yu., Rezviy A.V., Senin A.V., Mikhailov G.G. Thermodynamic Analysis of the Possibility of Using Melts of the BaO-Na2O-Fe2O3 System for Growing Barium Hexaferrite Crystals. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2017, vol. 17, no. 3, pp. 34-45. (in Russ.) DOI: 10.14529/metl70305