Диаграмма состояния и метастабильные фазы в системе LaPO4–YPO4–(H2O)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано фазообразование в системе LaPO4–YPO4–(H2O) в гидротермальных условиях при T ~ 230°C и после термообработки на воздухе в интервале температур 1000–1400°C. Построена диаграмма фазовых равновесий в системе LaPO4–YPO4. Рассчитаны области метастабильного би- и спинодального распада фазы со структурой монацита с критической точкой Tкр = 931°C. Экспериментально определенная температура эвтектики 1850 ± 35°C хорошо согласуется с расчетным значением Tэвт = 1820°C. Максимальная растворимость YPO4 в LaPO4 при эвтектической температуре, полученная по результатам термодинамической оптимизации фазовой диаграммы, составляет 50.5 мол. %.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. О. Еникеева

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: odin2tri45678@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

О. В. Проскурина

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: odin2tri45678@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

В. В. Гусаров

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе

Email: odin2tri45678@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Bondar I.A., Mezentseva L.P. // Prog. Cryst. Growth Charact. 1988. V. 16. P. 81. https://doi.org/10.1016/0146-3535(88)90016-0
  2. Hikichi Y., Nomura T. // J. Am. Ceram. Soc. 1987. V. 70. № 10. P. C252. https://doi.org/10.1111/J.1151-2916.1987.TB04890.X
  3. Барзаковский В.П., Курцева Н.Н., Лапин В.В. и др. Диаграммы состояния силикатных систем. Выпуск первый. Двойные системы. Л., 1969. 822 с.
  4. Kropiwnicka J., Znamierowska T. // Polish. J. Chem. 1988. V. 62. № 2. P. 587.
  5. Hikichi Y., Nomura T., Tanimura Y. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 1990. V. 73. № 12. P. 3594. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1990.tb04263.x
  6. Enikeeva M.O., Proskurina O.V., Motaylo E.S. et al. // Nanosyst. Physics, Chem. Math. 2021. V. 12. № 6. P. 799. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-6-799-807
  7. Sudre O., Cheung J., Marshall D. et al. // 2008. P. 367. https://doi.org/10.1002/9780470294703.CH44
  8. Dacheux N., Clavier N., Podor R. // Am. Mineral. 2013. V. 98. № 5–6. P. 833. https://doi.org/10.2138/am.2013.4307
  9. Hetherington C.J., Dumond G. // Am. Mineral. 2013. V. 98. № 5–6. P. 817. https://doi.org/10.2138/AM.2013.4454
  10. Schlenz H., Heuser J., Neumann A. et al. // Z. Kristallogr. 2013. V. 228. № 3. P. 113. https://doi.org/10.1524/zkri.2013.1597
  11. Boatner L.A., Beall G.W., Abraham M.M. et al. // Advances in Nuclear Science & Technology ((ANST)). Springer, 1980. P. 289. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-3839-0_35
  12. Lessing P.A., Erickson A.W. // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. V. 23. № 16. P. 3049. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00100-6
  13. Leys J.M., Ji Y., Klinkenberg M. et al. // Materials (Basel). 2022. V. 15. № 10. P. 3434. https://doi.org/10.3390/ma15103434
  14. Mikhailova P., Burakov B., Eremin N. et al. // Sustain. 2021. V. 13. P. 1203. https://doi.org/10.3390/SU13031203
  15. Gysi A.P., Harlov D., Miron G.D. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2018. V. 242. P. 143. https://doi.org/10.1016/J.GCA.2018.08.038
  16. Van Hoozen C.J., Gysi A.P., Harlov D.E. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2020. V. 280. P. 302. https://doi.org/10.1016/J.GCA.2020.04.019
  17. Arinicheva Y., Gausse C., Neumeier S. et al. // J. Nucl. Mater. 2018. V. 509. P. 488. https://doi.org/10.1016/J.JNUCMAT.2018.07.009
  18. Qin D., Shelyug A., Szenknect S. et al. // Appl. Geochem. 2023. V. 148. P. 105504. https://doi.org/10.1016/J.APGEOCHEM.2022.105504
  19. Arinicheva Y., Bukaemskiy A., Neumeier S. et al. // Prog. Nucl. Energy. 2014. V. 72. P. 144. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2013.09.004
  20. Ma J., Teng Y., Huang Y. et al. // J. Nucl. Mater. 2015. V. 465. P. 550. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.06.046
  21. Mogilevsky P., Boakye E.E., Hay R.S. // J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. № 6. P. 1899. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2007.01653.x
  22. Hirsch A., Kegler P., Alencar I. et al. // J. Solid State Chem. 2017. V. 245. P. 82. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2016.09.032
  23. Yunxiang Ni, Hughes J.M., Mariano A.N. // Am. Mineral. 1995. V. 80. № 1–2. P. 21. https://doi.org/10.2138/AM-1995-1-203
  24. Heuser J.M., Neumeier S., Peters L. et al. // J. Solid State Chem. 2019. V. 273. P. 45. https://doi.org/10.1016/J.JSSC.2019.02.028
  25. Clavier N., Podor R., Dacheux N. // J. Eur. Ceram. Soc. 2011. V. 31. № 6. P. 941. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.12.019
  26. Milligan W.O., Mullica D.F., Beall G.W. et al. // Inorg. Chim. Acta. 1982. V. 60. P. 39. https://doi.org/10.1016/S0020-1693(00)91148-4
  27. Strzelecki A.C., Zhao X., Estevenon P. et al. // Am. Miniral. 2024. V. 109. https://doi.org/10.2138/am-2022-8632
  28. Ushakov S.V., Helean K.B., Navrotsky A. et al. // J. Mater. Res. 2001. V. 16. № 9. P. 2623. https://doi.org/10.1557/JMR.2001.0361
  29. Clavier N., Mesbah A., Szenknect S. et al. // Spectrochim. Acta, Part A: Mol. Biomol. Spectrosc. 2018. V. 205. P. 85. https://doi.org/10.1016/J.SAA.2018.07.016
  30. Rafiuddin M.R., Guo S., Donato G. et al. // J. Solid State Chem. 2022. V. 312. P. 123261. https://doi.org/10.1016/J.JSSC.2022.123261
  31. Maslennikova T.P., Osipov A.V., Mezentseva L.P. et al. // Glass. Phys. Chem. 2010. V. 36. № 3. P. 351. https://doi.org/10.1134/S1087659610030120
  32. Ugolkov V.L., Mezentseva L.P., Osipov A.V. et al. // Russ. J. Appl. Chem. 2017. V. 90. № 1. P. 28. https://doi.org/10.1134/S1070427217010050
  33. Boakye E.E., Hay R.S., Mogilevsky P. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. № 1. P. 17. https://doi.org/10.1111/J.1551-2916.2007.02005.X
  34. Boakye E.E., Mogilevsky P., Hay R.S. // J. Am. Ceram. Soc. 2005. V. 88. № 10. P. 2740. https://doi.org/10.1111/J.1551-2916.2005.00525.X
  35. Enikeeva M.O., Proskurina O.V., Levin A.A. et al. // J. Solid State Chem. 2023. V. 319. P. 123829. https://doi.org/10.1016/J.JSSC.2022.123829
  36. Mezentseva L.P., Kruchinina I.Y., Osipov A.V. et al. // Glass. Phys. Chem. 2017. V. 43. № 1. P. 98. https://doi.org/10.1134/S1087659617010114
  37. Ivashkevich L.S., Lyakhov A.S., Selevich A.F. // Phosphorus Res. Bull. 2013. V. 28. P. 45. https://doi.org/10.3363/PRB.28.45
  38. Mesbah A., Clavier N., Elkaim E. et al. // J. Solid State Chem. 2017. V. 249. P. 221. https://doi.org/10.1016/J.JSSC.2017.03.004
  39. Yasuo Hikichi, Toshitaka Ota, Tomotoshi Hattori et al. // Mineral. J. 1996. V. 183. P. 87.
  40. Khorvat I., Bondar’ I.A., Mezentseva L.I. // Russ. J. Inorg. Chem. 1986. V. 31. № 9. P. 2250.
  41. Pechkovskaya K.I., Nikiforova G.E., Kritskaya A.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 12. P. 1785. https://doi.org/10.1134/S0036023621120123
  42. Ioku K., Okada T., Okano E. et al. // Phosphorus Res. Bull. 1995. V. 5. P. 71. https://doi.org/10.3363/PRB1992.5.0_71
  43. Gratz R., Heinrich W. // Eur. J. Mineral. 1998. V. 10. № 3. P. 579. https://doi.org/10.1127/EJM/10/3/0579
  44. Shelyug A., Mesbah A., Szenknect S. et al. // Front. Chem. 2018. V. 6. № DEC. P. 427386. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00604
  45. Emden B. V., Thornber M., Graham J. et al. // 45th Annual Denver X-ray Conference. Denver, Colorado, USA. 1996.
  46. Mogilevsky P. // Phys. Chem. Miner. 2007. V. 34. № 3. P. 201. https://doi.org/10.1007/s00269-006-0139-1
  47. Торопов Н.А., Келер Э.К., Леонов А.И. и др. // Вестник АН СССР. 1962. № 3. С. 46.
  48. Bechta S.V., Krushinov E.V., Almjashev V.I. et al. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 362. № 1. P. 46. https://doi.org/10.1016/J.JNUCMAT.2006.11.004
  49. Bechta S.V., Krushinov E.V., Almjashev V.I. et al. // J. Nucl. Mater. 2006. V. 348. № 1–2. P. 114. https://doi.org/10.1016/J.JNUCMAT.2005.09.009
  50. Чебраков Ю.В., Гусаров В.В. // Изв. вузов. Физика. 1990. Т. 33. № 1. С. 126.
  51. Чебраков Ю.В. Теория оценивания параметров в измерительных экспериментах. СПб.: СПбГУ, 1997. 300 с.
  52. Урусов В.С. Теория изоморфной смесимости. М.: Наука, 1977. 251 с.
  53. Гусаров В.В., Семин Е.Г., Суворов С.А. Термодинамика гетеровалентных изоморфных смесей Be1–1.5xMexO (Me – 3d-элемент) // Журн. прикл. химии. 1983. Т. 56. № 9. С. 1956.
  54. Суворов С.А., Семин Е.Г., Гусаров В.В. Фазовые диаграммы и термодинамика оксидных твердых растворов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986. 140 с.
  55. Shannon R.D. // Acta Crystallogr. 1976. V. 32. P. 751.
  56. Saunders N. CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams):A Comprehensive Guide / N. Saunders, A.P. Miodownik. Elsevier Science Ltd., 1998. 479 p.
  57. Epstein L.F. // J. Nucl. Mater. 1967. V. 22. № 3. P. 340. https://doi.org/10.1016/0022-3115(67)90052-9
  58. Retgers J.W. // Z. Phys. Chem. 1889. V. 3. P. 497. https://doi.org/10.1016/0146-3535(84)90002-9
  59. Enikeeva M.O., Proskurina O.V., Gerasimov E.Yu. et al. // Nanosystems: Phys. Chem. Math. 2023. V. 14. № 6. P. 660. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2023-14-6-660-671

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограммы образцов, полученных методом осаждения: 1, 2 и 3 – обозначения рефлексов со структурой рабдофана, черчита и ксенотима соответственно.

Скачать (162KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость изменения объема элементарной ячейки, отнесенного к одной формульной единице (V/z), в структурах рабдофана (1), черчита (2) и ксенотима (3) от содержания YPO4 в системе.

Скачать (79KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Соотношение количества фаз в системе LaPO4–YPO4 после отжига при 1000C в течение 7 сут в зависимости от содержания YPO4 (x, мол. д.) в системе (а) и зависимость объема элементарной ячейки, отнесенного к одной формульной единице структуры (V/z), от содержания YPO4 (x, мол. д.) в системе для структур: 1, 1′ – монацита, 2 – ксенотима (б).

Скачать (196KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Соотношение количества фаз в системе LaPO4–YPO4 после отжига при 1200С в течение 5 сут в зависимости от содержания YPO4 (x, мол. д.) в системе (а) и зависимость объема элементарной ячейки, отнесенного к одной формульной единице структуры (V/z), от содержания YPO4 (x, мол. д.) в системе для структур: 1, 1′ – монацита, 2 – ксенотима (б).

Скачать (207KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Соотношение количества фаз в системе LaPO4–YPO4 после отжига при 1400С в течение 2 сут в зависимости от содержания YPO4 (x, мол. д.) в системе (а) и зависимость объема элементарной ячейки, отнесенного к одной формульной единице структуры (V/z), от содержания YPO4 (x, мол. д.) в системе для структур: 1 – монацита, 2 – ксенотима (б).

Скачать (171KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Соотношение количества фаз в системе LaPO4–YPO4 после отжига при 230С в течение 28 сут в зависимости от содержания YPO4 (x, мол. д.) в системе (а) и зависимость объема элементарной ячейки, отнесенного к одной формульной единице структуры (V/z), от содержания YPO4 (x, мол. д.) в системе для структур: 1 – монацита, 2 – ксенотима (б).

Скачать (184KB)
Метаданные
8. Рис. 7. (a) Диаграмма состояния системы LaPO4–YPO4. Сплошная кривая – термодинамически оптимизированная диаграмма фазовых равновесий, пунктирная кривая – метастабильная бинодаль – гипотетическое расслаивание фазы со структурой монацита, точка-пунктирная кривая – спинодальный распад фазы со структурой монацита. Экспериментальные данные: 1 – однофазный состав со структурой монацита, 2 – равновесный состав на основе фазы со структурой монацита, 3 – равновесный состав со структурой ксенотима, 4 – валовый состав образцов в двухфазной области, 5 – температура начала плавления твердой фазы, определенная методом ВПА. Расчетные данные: 6 – точки метастабильной бинодали для фазы со структурой монацита при 600C, 7 – точки спинодального распада для фазы со структурой монацита при T = 600C. (б) Кривая мольной энергии Гиббса смешения фазы со структурой монацита с общей касательной к кривой: x – мол. д. YPO4, GmM,Mon – мольная энергия смешения Гиббса фазы со структурой монацита (субрегулярная модель), Дж/моль.

Скачать (193KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024