Thermodynamic properties and vaporization processes of the ceramic based on the systems containing hafnia and rare earth oxides

Abstract

В рассматриваемой работе масс-спектрометрическим эффузионным методом Кнудсена впервые определены термодинамические свойства и процессы испарения многокомпонентной керамики на основе систем, содержащих оксиды гафния, циркония, иттрия, лантана и самария, при температурах до 3000 К. Полученные значения термодинамических свойств свидетельствуют об отрицательных отклонениях от идеальности в изученных системах La2O3-Y2O3-HfO2, Sm2O3-Y2O3-HfO2, La2O3-Y2O3-ZrO2-HfO2 и Sm2O3-Y2O3-ZrO2-HfO2, включая соответствующие бинарные системы. На примере рассматриваемых многокомпонентных систем проиллюстрирована возможность расчёта термодинамических свойств образующихся в них твёрдых растворов с привлечением полуэмпирических методов Колера, Тупа, Редлиха-Кистера и Вильсона по данным о равновесиях в бинарных системах. При сопоставлении с экспериментальными данными даны рекомендации по выбору оптимального полуэмпирического подхода для расчёта термодинамических свойств в различных концентрационных интервалах исследованных систем.

In the study under consideration, the thermodynamic properties and vaporization processes of the multicomponent ceramics based on the systems containing hafnia, zirconia, yttria, lanthana, and samaria, have been determined for the first time using the Knudsen effusion mass spectrometric method at temperatures up to 3000 K. The obtained values of the thermodynamic properties indicate negative deviations from the ideality in the La2O3-Y2O3-HfO2, Sm2O3-Y2O3-HfO2, La2O3-Y2O3-ZrO2-HfO2, and Sm2O3-Y2O3-ZrO2-HfO2 systems under study, including the corresponding binary systems. On the example of the multicomponent systems under consideration, the possibility of calculation of the thermodynamic properties of the solid solutions formed in them involving the semi-empirical Kohler, Toop, Redlich-Kister, and Wilson methods based on the data on equilibria in the binary systems has been illustrated. In comparison with the experimental data, recommendations have been given for choosing the optimal semi-empirical approach to calculate the thermodynamic properties in various concentration ranges of the studied systems.