Исследование фазовых равновесий в системе Fe-Cr-O

• Автор: Кузнецова, Олеся Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1. Литературный обзор

1.1. Система Ре0

1.2. Система Сг 0.

1.3. Система Ре Сг

1.4. Система Ре Сг 0

2. Экспериментальная часть

2.1. Методика эксперимента.

2.2. Экспериментальная установка.

2.2.1. Общая схема

2.2.2. Гальваническая ячейка
2.2.3. Конструкция полуэлемента.
2.2.4. Твердый электролит.
2.2.5. Электрод сравнения и его приготовление.
2.2.6. Проверка установки.
2.3. Приготовление исследуемых образцов и их аттестация
2.3.1. Расчет шихты.
2.3.2. Синтез образцов
2.3.3. Аттестация образцов
2.4. Результаты эксперимента.
2.4.1. Равновесие шпинельного раствора с металлической фазой.
2.4.2, Равновесие шпинельного раствора с корундовой фазой
3. Термодинамические свойства твердых растворов шпинели.
3.1. Расчет термодинамических свойств шпинельного раствора, находящегося в равновесии с вюститом и чистым железом, методом непосредственной обработки данных
3.2. Применение теорий регулярных и субрегулярных растворов
для описания свойств шпинельного раствора.
3.2.1. Теория регулярных растворов.
3.2.2. Теория субрегулярных растворов
3.3. Равновесие шпинельного раствора с твердым раствором
Рез и Сгз
4. Термодинамические расчеты с использованием программного
комплекса АСТРА4.
5. Диаграмма состояния системы ГеСг0
6. Термодинамический анализ процессов восстановления
и окисления хромсодержащих оксидов железа.
6.1. Фазовые превращения при восстановлении
шпинельного раствора.
6.1.1. Метод диаграмм состояния
6.1.2. Метод термодинамического моделирования
6.1.3. Термический анализ
6.2. Фазовые превращения при окислении шпинельного
раствора.
6.2.1. Метод диаграмм состояния
6.2.2. Метод термодинамического моделирования
6.2.3. Термический анализ
Выводы
Литература


Современная диаграмма состояния по данным работах 1,2,, , , представлена на рис. В системе железо кислород обнаружены три промежуточные фазы вюстит БеО, магнетит БезО, и гематит Без. Растворимость кислорода в твердом железе незначительна и не превышает 0,2 вес. Растворимость в расплавленном железе возрастает от 0, до 0, вес. При низких температурах обширную область диаграммы от 0,1 до , вес. Ре Ре4 4РеО. Соответственно этому в указанном интервале концентраций выше 0 С появляются три фазовых поля аРе вюстит вюстит вюстит магнетит. С увеличением температуры вюститовое поле расширяется главным образом за счет растворения кислорода, пока не достигнет линии солидуса, выше которой почти параллельно расположена линия ликвидуса. О, мас. Рис. Твердое железо имеет три модификации аРе структурный тип А2, о. Ре А, г. Бе А2, о. Ре устойчиво до температуры 1 С. Ре стабильно в интервале температур 1 С. При С в результате алотропического превращения вновь образуется железо со структурой о. Ре. Оно устойчиво вплоть до температуры плавления железа С. Более высокому содержанию кислорода в системе свыше , вес. При С магнетит конгруэнтно плавится, в твердом состоянии обладает областью гомогенности при парциальном давлении кислорода 0,2 атм, простирающейся в сторону кислорода приблизительно до состава Ре3л, где х 0, при С и х 0 при С. Правее поля магнетита на диаграмме железокислород расположена двухфазная область магнетит гематит, простирающаяся от самых низких температур вплоть до С, когда гематит разлагается на магнетит и кислород при парциальном давлении кислорода 0,2 атм. Область гомогенности ее отвечает формуле БегхОз, где приблизительно х 0, при С и х 0, при С. По данным 2 магнетит растворяется в окиси железа при 0 С около 0,5 при С 1, при С 4,3 мол. Ре4. В первом приближении обычно принимается состав окиси железа в виде Ре3, что отвечает лишь условиям высокого давления кислорода над ней. Диаграмма состояния системы Ре4Ре3, исследованная при давлении кислорода вплоть до атм, изображена на рис. При давлении кислорода атм в этой части системы найдена эвтектика между Ре4 и Ре3 то же их твердыми растворами, плавящаяся при С и содержащая около ат. О ,5 мол. Бе3 и ,5 мол. Ре4. При эвтектической температуре и указанном давлении кислорода магнетитовая фаза имеет состав Бе3 , где х 0,. Ре2, но границы ее точно не определены. Из рис. Ре3 не разлагается. Более детальное изучение вюститной фазы, показало, что концентрация кислорода в вюстите превышает его содержание в стехиометрическом монооксиде БеО, то есть вюстит является односторонней фазой переменного состава. Стехиометрический монооксид БеО метастабильная фаза. Он образуется как промежуточный продукт диспропорционирования вюстита при температуре ниже 0 С . Рис. Наиболее бедный по кислороду вюстит существует в твердом состоянии до температуры С, при которой он вступает в реакцию с с образованием жидкого оксида. Вюстит, обогащенный кислородом, при С распадается на жидкий оксид и магнетит. В интервале температур С вюстит находится в равновесии с жидким оксидом железа. I 0. Вюстит стабилен в интервале парциальных давлений кислорода от атм при 0 С до атм при С рис. СТ1 С,
ро 6,0 1 СТ С. Рис. Рог Н,44,87Г2 0 С. Равновесное давление кислорода над гомогенным вюститом зависит как от температуры, так и состава вюстита. Вюстит плавится в узком интервале температур от С при давлении кислорода около КГ атм до С при р0г атм. Рис. Раствор жидких оксидов формируется из компонентов РеО и О, с общей формулой РеОу, гдеу 1. Энергия Гиббса таких растворов для одного моля катионов задается формулой Кожеурова В. Е ЯТупу1упу. Но еО С01. Здесь Й2 ,7 Джмоль ,7 Джмоль 0 0, Джмоль Е1 2, Джмоль вх и 2 энергии чистых РеО и Ре3 2 и энергетические параметры индексы 5 и отнесены к твердым и жидким состояниям. Теплота плавления вюстита изменяется в пределах кДжмоль . Зависимость ее от состава вюстита показана на рис. Она имеет минимум при у 1,. В этой области нестехиометрии вюстит по данным при у 1,6 испаряется без изменения состава. Рис.