CC BY
27
-□ □-
Дослиджено будову системи ZnO-Al2Oз-TiO2-SiO2 в обласmi субсолгдусу, яка включае двi маловивче-т трьохкомпонентт системи ZnO-Al2Oз-TiO2 та ZnO-TiO2-SiO2. Встановлет елементарт тетрае-дри системи ZnO-Al2Oз-TiO2-SiO2, розраховат гх видност об'еми, ступень асиметри. Визначено дов-жити конод, видност об'еми ^нування фаз i вiрогiд-тсть ств^нування фаз. Побудовано тоnологiчний граф взаемозв'язку елементарних тетраедрiв i нада-т геометро-топологiчт характеристики фаз системи. Розраховат мiнiмальнi температури появи розплаву в елементарних тетраедрах системи. Визначено областi складов, як придатт для засто-сування в технологИ техтчног керамжи, вогнетрив-ких, склокристалiчних матерiалiв та покриттiв
Ключовi слова: субсолгдусна будова системи, елементарт тетраедри, геометро-топологiчт характеристики, топологiчний граф
□-□
Исследовано строение системы ZnO-Al2Oз-TiO2--SiO2 в области субсолидуса, которая включает две малоизученные трехкомпонентные системы ZnO-Al2Oз-TiO2 и ZnO-TiO2-SiO2. Установлены элементарные тетраэдры системы ZnO-Al2Oз--TiO2-SiO2, рассчитаны их относительные объемы, степень асимметрии. Определены длины коннод, относительные объемы существования фаз и вероятность сосуществования фаз. Построен топологический граф взаимосвязи элементарных тетраэдров и предоставлена геометро-топологическая характеристика фаз системы. Рассчитаны минимальные температуры появления расплава в элементарных тетраэдрах системы. Определены области составов, пригодные для применения в технологии технической керамики, огнеупорных, стеклокристалличе-ских материалов и покрытий
Ключевые слова: субсолидусное строение системы, элементарные тетраэдры, геометро-топологические характеристики, топологический граф -□ □-
УДК 541.1
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.67246|
досл1дження субсол1дуснот будови системи
zno-al2o3-
-tio2-sio2
Я. М . П i та к
Доктор техшчних наук, професор, заступник завщуючого кафедри* E-mail: pyarn11@ukr.net Г. В. Л ica4yк Доктор техшчних наук, професор, керiвник науково-дослщною частиною* E-mail: lisachuk@khpi.kharkov.ua К. В. Подчасова Молодший науковий ствроб^ник* E-mail: tripodkat@ukr.net
Л. О. Б^остоцька
Старший науковий ствроб^ник* E-mail: tyud48@ukr.net Ю. Д. Трусова
Старший науковий ствроб^ник* E-mail: trusova-y@ukr.net Р. В. К р iвобок
Кандидат техшчних наук, заступник керiвника науково-дослщною частиною** E-mail: krivobok@khpi.kharkov.ua *Кафедра технологи керамики, вогнетривiв, скла та емалей** **Нацюнальний техшчний ушверситет «Хармвський пол^ехшчний шститут» вул. Багалiя, 21, м. Хармв, УкраТна, 61002
1. Вступ
Одшею з найважливших задач сучасного матерiа-лознавства е отримання керамiчних матерiалiв, яю вщ-рiзняються широким дiапазоном хiмiчних та фiзичних властивостей, здатних ефективно працювати в умовах одночасного впливу агресивного середовища, тдви-щених температур, тиску та ш. Вiдомо, що для досяг-нення цих характеристик визначальними е наявшсть у керамвд комплексу таких фаз, як палгг (Al2TiO5), мулiт (А^^О^), ганiт (ZnAl2O4), вiлемiт (Zn2SiO4), а для отримання керамiчних виробiв з натвпровщни-ковими та дiелектричними властивостями - наявшсть фаз титанапв цинку ^пТЮ3, Zn2TiO4) [1]. Розробка технологи керамiчних матерiалiв з наведеними вище
властивостями неможлива без застосування знань про субсолiдусну будову багатокомпонентних систем, що включають оксиди А12О3, TiO2, ZnO, SiO2. Тому досль дження системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2, будуть потрiб-нi для щлеспрямованого синтезу матерiалiв iз заданим фазовим складом та комплексом властивостей та ство-рення енергоресурсних технологш технiчноi керамжи, вогнетривких, жаростiйких, склокерамiчних матерiа-лiв та покриттiв.
Одержання нових керамiчних матерiалiв на ос-новi композицш системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2, якi володiють одночасно високими показниками тер-мостiйкостi, мехашчною мiцнiстю, хiмiчною стiйкiстю та жаромщшстю, е на даний час актуальною науко-во-прикладною задачею.
©
2. Аналiз лкературних даних та постановка проблеми
Техшчна керамжа володie високими показниками хiмiчних та фiзичних властивостей та е нaйбiльш переважною в експлуатацп в поpiвняннi з полiмepaми та металами, ресурс використання яких обмежений досягнутою фiзичною межею [2]. Тepмiчно та хiмiчно стшка кepaмiкa використовуеться для футерування peзepвуapiв кислотних веж, варильних кaзaнiв у пд-pолiзних виробництвах, при виготовленш насадкових виpобiв для заповнення об'емiв peaкцiйних колон, оснащення нaсосiв для перекачування агресивно! pi-дини, для виготовлення контeйнepiв з paдiоaктивними вщходами та iн.
Кpiм цього, кнуе потреба у кepaмiчних мaтepia-лах, яю застосовуються для виготовлення елеменпв малогабаритних кepaмiчних антен дiaпaзону GPS та ГЛОНАСС, в якоси сегноелектриюв та у розвитку виробництва надвисокочастотних дieлeктpикiв з низь-кою дieлeктpичною втратою i з низькою температурою сткання [3].
Тaкi мaтepiaли можуть бути створеш з кepaмiчних композицш на основi таких фаз, як мулгг, тiaлiт, гaнiт, титанати цинку [4]. Визначення областей склaдiв та температурних границь синтезу таких композицш не можливо без знання будови багатокомпонентних систем, що включають щ сполуки, зокрема ZnO-Al2O3--TiO2-SiO2. Сполуки, яю утворюються при взaемодii оксидiв титана та цинку, - титанати цинку, володжть деякими спeцифiчними властивостями i застосовуються в якост мaтepiaлiв для paдiоeлeктpонних виро-бiв, бактерицидних покpиттiв та покpиттi, як володь ють фотокaтaлiтичним ефектом - легко та самоочисш та шш. [5-7]
Система ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2 складаеться iз шiстьох бiнapних пiдсистeм та чотирьох трикомпо-нентних систем. Бiнapнi та трикомпонентш системи ZnO-Al2O3-SiO2 та Al2O3-TiO2-SiO2 - pозглянутi та нaдaнi в роботах aвтоpiв [8, 9]. Даш про будову систем ZnO-Al2O3-TiO2 и ZnO-TiO2-SiO2 у лiтepaтуpi не знайдеш. Окремо слiд зазначити, що у бшарнш систе-мi ZnO-TiO2 утворюються три фази: ZnTiO3, Zn2TiO4 и Zn2Ti3O8 [10, 11]. Фаза Zn2Ti3O8 е мeтaстaбiльною i при pозглядi системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2 не врахо-вувалася.
3. Мета та задачi дослщження
Метою дано! роботи е дослщження субсолвдусно! будови системи ZnO-Al°O3-TЮ°-SЮ°, вибiр областей складiв для створення вогнетривко!, жаростiйкоi, технiчноi керамiки, склокерамiчних матерiалiв i по-криттiв.
Для досягнення мети були поставлен наступш завдання:
- дослiдити будову маловивчених систем ZnO--ТЮ2^Ю2 та ZnO-Al2O3-TiO2 та провести трiан-гулящю;
- дослiдити субсолiдусну будову чотирьохкомпо-нентно! системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2, яка дозволить отримати новi данi про и будову;
- провести повну тетраедращю системи ZnO--Al2O3-TiO2-SiO2, побудувати тополопчний граф вза-
емозв'язку елементарних тeтpaeдpiв, надати повну гео-мeтpо-топологiчну характеристику фаз системи;
- встановити мжмальну температуру появи роз-плаву в чотирьохкомпонентнш систeмi, визначити об-ласп склaдiв, придатних для застосування вогнетрив-ко!, жapостiйкоi, тeхнiчноi кepaмiки, склокepaмiчних мaтepiaлiв та покpиттiв.
4. Матерiали та методи дослщження термодинамичного аналiзу та геометро-тополопчно! характеристики системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2
Теоретичнi дослiдження проводились iз застосу-ванням експериментально! методики визначення вшь-но! енергп Гiбсу, довжини конод, ступеню асиметрii, об'емiв елементарних тетраедрiв, вiрогiдностi спiвiс-нування фаз, температури евтектики.
Для аналiзу вiрогiдностi протiкання реакцiй утво-рення кристалiчних фаз проводили розрахунок вшь-но! енергii Гiббсу (AG) [12, 13] за рiвняннями:
AG0T = АНТ - ^Т, (1)
АНТ = АН098 + Аа (Т-298) +
+1 АЬ(Т2 -2982)-Ас | — —— |, (2)
2 I, Т 298)
AST = AS298 + Аа (1пТ - 1п298) +
+АЬ(т-298)-Но12-2У, (3)
де АН°298 - ентальтя утворювання елементiв вихiдних речовин у стандартних умовах, AS298 - ентротя вихiд-них речовин у стандартних умовах, Т - температурний iнтервал, а, Ь, с - коефвденти рiвняння залежностi теплоемностi ввд температури.
Вихiднi термодинамiчнi константи сполук системи ZnO-Al°O3-TiO°-SiO°, наведенi у табл. 1.
Таблиця 1
Термодинамiчнi константи сполук системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2
Фази Чис-лоа-том1в -AH°298, ккал/ моль ЛS°298, кал/ (моль-град) Т 1 пл! К Ср-а+frT+cT-2 калДмоль-град)
a b-103 -c-10-5
AI2O3 5 339,09 12,2 2 316 27,43 3,06 8,47
Al2TiO5 8 623,14 24,38 2133 43,63 5,3 11,21
Ale Si2Oi3 21 1638,09 59,91 2083 115,73 11,2 36,95
TiO2 3 225,5 12,0 2143 17,97 0,28 4,35
SiO2 3 205,4 10,0 1999 11,22 8,2 2,7
ZnTiO3 5 309 32,83 1223 39,82* 5,54* 7,69*
Zn2TiO4 7 391,6 34,2 1822 3,7* 8,4* -3,2*
Zn2SiO4 7 1785 31,4 1785 24,97* 4,6* -4,3*
ZnAl2O4 7 495,18 22,74 2223 6,23 7,87 -0,34
ZnO 2 83,17 10,5 2248 11,71 1,22 2,18
Примтка: * - розраховат авторами cmammi
Оскшьки коефщенти piвняння тeплоемностi (a, b, c) для сполук ZnTiO3, Zn2TiO4, Zn2SiO4 авторами не
знайдет у лиератур^ тому були проведет розрахунки цих коефвденпв.
У зв'язку iз застосуванням у розрахунках барицен-тричних координат та елементiв евклщово! геометрii довжини конод елементарних тетраедрiв (V) розрахо-вували за формулою, яка наведена в робоп [13]:
V = (х2 - Х1)2+(■у2 - У[ )2+(z2 - г )2+(т2 - Т1 )2 +
+(х2 - Х1 - Yl )+(Х2 - Х1 - ъ)+
+(Х2 - Х1 )(Т2 - т)+(Y2 - Yl- г,)+
+(Y2 - % )Ст - Т1 )+& - ъ )(Т2 - т), (4)
де Х1, Y1, г1, Т1 та Х2, Y2, г2, Т2 - координати (концен-трацii компонентiв) спiвiснуючоi пари фаз.
Ступень асиметрп (К) елементарних тетраедрiв оцiнювали як вiдношення максимальноi ^тах) до мь нiмальноi (Lmin) довжини ребра:
К Lmax/Lmin.
(5)
Для iлюстрацii взаемозв'язку елементарних тетра-едрiв системи застосовували метод топологiчних гра-фiв, описаний в робой [9].
Юльюсть ребер графу (Я) обчислювали за формулою (6):
Я =
г1+2г2+зг3+4г4 2
У =
Х1 % 1
Х2 Y2 1
Х3 Yз 1
Х4 1
де Xi , Yi , Zi , Тi - вмкт оксидiв у сполуках, якi склада-ють елементарний тетраедр.
Вiрогiднiсть iснування фаз у розглянутому кон-центрацiйному тетраедрi розраховували за формулою (8):
.1V,
ю, =-
П ■
(9)
Для вирiшення наведених систем рiвнянь i роз-рахунку геометро-топологiчних характеристик фаз системи, застосовували прикладт програми, як роз-робленi на кафедрi технологii керамiки, вогнетривiв, скла та емалей Нащональний технiчний ушверси-тет «Харювський полiтехнiчний шститут» (м. Харюв, Украiна) [13] .
5. Результати дослщження
Проведено термодинамiчний аналiз реакцш мало-вивченоi системи ZnO-TiO2-SiO2:
1) 2гпТЮз+$Ю2^гп2$Ю4+2ТЮ2;
2) 2ZnTЮ3+Zn2SЮ4^2Zn2TЮ4+SЮ2.
Залежнiсть змiнення вiльноi енергii Гiббсу вiд тем-
ператури для реакцiй трикомпонентноi системи ЪпО--TiO2-SiO2 показана на рис. 1. Змша вiльноi енергii Пббса для реакцiй 1 та 2 мае позитивне значення. Фаза гпТЮ3 не реагуе з фазою SiO2, а фаза Ъп^Ю4 не реагуе з фазою гпТЮ3 i можна зробити висновок про ствкнування наступних пар фаз: ZnTiO3-SiO2, гпТЮ3-гп^Ю4.
(6)
де Zi - кiлькiсть вершин заданого ступеню, i - ступень вершини.
Об'еми елементарних тетраедрiв (У,) визначали з урахуванням барицентричних координат за формулою (7) [8, 12]:
(7)
(8)
Рис. 1. Температурна залежжсть змшення вшьноТ енергм Гiббсу для реакци трикомпонентноТ системи ZnO-TiO2-SiO2
Застосовуючи лиературш [14] та новi отриманi дат було встановлено, що система гп0-^02^Ю2 розбиваеться на 4 елементарних трикутника: ЪпО--Zn2TiO4-Zn2SiO4; Zn2TiO4-Zn2SiO4-ZnTiO3; Ъп^Ю4--ZnTiO3-SiO2; ZnTiO3-SiO2 -TiO2, розташування яких наведено на рис. 2.
ТЮ,
де XV, - сумарний об'ем елементарних тетраедрiв в яких знаходиться фаза, Уо - об'ем концентрацшного тетраедру, п - число компоненпв у системi.
Враховуючи, що у точщ евтектики поточнi темпе-ратури кривих лжвщусу для всiх компоненпв системи рiвнi, розрахунок температури i складу евтектики для чотирьохкомпонентних систем проводили шляхом ви-рiшення системи рiвнянь (9):
(1 - 1п (Х1 )/ N1 ) = (1 - 1п (Х2 )/ N2), ^п (Х2 У N2 = (1 - 1п (Х3 у N3), Т3/ (1 - 1п (Х3 у N3 )= Т4/ (1 - 1п (Х4 у N4), Х1 + Х2 + Х3 + Х4 = 1, де Т, - температура плавлення ьго компоненту.
то 2п,Я10. кю.
Рис. 2. Дiаграма стану системи ZnO—SiO2—TiO2
Наступним етапом дослщжень проведено термо-динамiчний аналiз наступних реакцш в маловивчешл системi А^О^^О^ЪпО:
1) Al2Ti05 + ZnTi03 -> ZnAl204 + 2Ti02;
2) 2ZnO + А12ТЮ5 -> ZnAl204 + ZnTi03;
3) ZnAl204 + Zn2Ti04 -> 3ZnO + А12ТЮ5;
4) ZnO + А12ТЮ5 -> A1203 + ZnTi03. Залежшсть змшення bljii>hoï eHepriï Пббсу вщ
температури для реакщй трикомпонентно! системи Al203-Ti02-Zn0 показана на рис. 3
Рис. 3. Температурна залежшсть змшення втьноТ енергп Пббсу для реакци трикомпонентноТ системи ZnO-TЮ2-Al2Oз
Змiна вiльноi енергп Гiббса для реакцш 1-3 мае позитивне значення. Фаза Al°TiO5 не реагуе з фазою ZnTiO3, фаза ZnO не реагуе з фазою Al°TiO5, фаза ZnAl°O4 не реагуе з фазою Zn°TiO4. Змiна вiльноi енергп Гiббса для реакцiй 4 мае вщ'емне значення. Фаза ZnO реагуе з фазою Al°TiO5, а фази Al°O3 та ZnTiO3 не реагують. Таким чином встановлено спiвiснування наступних пар фаз: Al°TiO5-ZnTiO3, ZnO-Al°TiO5, ZnAl°O4-Zn°TiO4, Al°O3-ZnTiO3. Система ZnO-TiO°--Al°O3 розбиваеться на 5 елементарних трикутни-юв TiO°-Al°TiO5-ZnTiO3, Al°TiO5-ZnTiO3-Al°O3, ZnTiO3-Al°O3-ZnAl°O4, ZnTiO3-ZnAl°O4-Zn°TiO4, ZnAl°O4-Zn°TiO4-ZnO, розташування яких наведено на рис. 4.
Рис. 4. Дiаграма стану системи ZnO—Al2O3—TiO2
На ocHOBi проведених термодинамiчних дослiджень будови систем ZnO-TiO2-Al2O3 та ZnO-SiO2-TiO2 та лиературних даних про будову систем ZnO-Al2O3--SiO2 та Al2O3-TiO2-SiO2 [8, 9] виконана тетраедра-цiя системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2. Встановлено, що система мае одну внутршню коноду Al6Si2O13-ZnTiO3 (L=740 %о) та розбиваеться на 8 елементарних тетрае-дрiв, розташування яких наведено на рис. 5, а характеристики в табл. 2.
ZiiTiO,
Zu,TiQ,
2 4
ZuO
Z^Siq
SiO,
Рис. 5. Розташування елементарних тетраедр1в системи ZnO—Al2O3—TiO2—SiO2 в концентрацiйному тетраедрi
Таблиця 2
Елементарш тетраедри системи ZnO—Al2O3—TiO2—SiO2 та ïx характеристики
№ Тетраедр Vi, /00 Стушнь асиме-три Температура евтектики, К
1 ZnAl2O4-Zn2TiO4-Zn2SiO4-ZnO 50,0 2,05 1528
2 ZnAl2O4-Zn2TiO4-Zn2SiO4-ZnTiO3 25,0 1,09 1207
3 ZnTiO3-ZnAl2O4-Zn2SiO4-SiO2 199,0 2,03 1183
4 ZnAl2O4-ZnTiO3-SiO2-Al6Si2O13 155,0 2,23 1189
5 Al6Si2O13-ZnTiO3-SiO2-Al2TiO5 160,0 1,92 1190
6 ZnTiO3-Al2TiO5-SiO2-TiO2 287 1,7 1170
7 Al6Si2O13-Al2TiO5-ZnTiO3-Al2O3 63,0 2,62 1220
8 Al2O3-ZnTiO3-Al6Si2O13-ZnAl2O4 61,0 3,07 1219
На ocнoвi вищезазначених даних побудований тополопчний граф взаемозв'язку елементарних тетра-едрiв за методикою [13] системи ZnO-Al2O3-TiO2--SiO2, який представлений на рис. 6. Граф е плаский, без "фальшивих" перетишв ребер, "вставш" тетраедри вщсутш. По фoрмулi (6) розрахована юльюсть ребер графу, яка дoрiвнюе восьми. Це означае, що у данш cиcтемi е 8 кoмбiнацiй фаз по 3, як не входять безпосередньо в чотири cкладoвi частини ïï трикомпо-нентних пiдcиcтем ZnO-TiO2-Al2O3, ZnO-SiO2-TiO2, Zn0-Al203-Si02 та Al203-TiÖ2-Si02.
3
Рис. 6. Тополопчний граф взаемозв'язку елементарних тетраедрiв чотирьоxкомпонентноï системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2
Геoметрo-тoпoлoгiчнi характеристики фаз системи надаш в табл. 3.
Таблиця 3
Геометро-тополопчш характеристики фаз системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2
Наймену-вання фази Кшькють фаз, з якими сшвюнуе Юлькють тетраедр1в , в яких юнуе Об'ем юну-вання, ZVt, % В1рог1дн1сть юнування, Wi
ZnO 3 1 50,0 0,0126
AI2O3 4 2 124,0 0,0311
SiO2 6 4 801,0 0,2002
TiO2 3 1 287,0 0,0717
Ale Si2O13 5 4 439,0 0,1097
ZnAl2O4 7 5 490,0 0,1225
Zn2SiO4 5 3 274,0 0,0685
ZnTiO3 8 7 950,0 0,2375
Zn2TiO4 4 2 75,0 0,0187
Al2TiO5 5 3 510,0 0,1275
Дослвдження геометро-топологiчних характеристик фаз системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2 визначило, що з най-бiльшою кiлькiстю фаз ствкнують фази ZnTiO3 (8), ZnAl2O4 (7), SiO2 (6), AbTiO5 (5), A^O^ (5). Най-бiльшим значенням Bipor^Hic™ iснування мають фази ZnTiO3 (ю=0,2375), SiO2 (ю=0,2002), Al2TiO5 (ю=0,1275), ZnAl2O4 (ю=0,1225), Al6Si2O13 (ю=0,1097).
Результати дослщжень cубcoлiдуcнoi будови системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2 дозволили встановити елементаpнi тетраедри, придатш для застосування в технoлoгii жаростшко'', вoгнетpивкoi, технiчнoi кеpамiки i cклoкpиcталiчних матеpiалiв та покрит-тiв, яю вiдпoвiдають евтектичним складам компо-зицш: ZnAl2O4-Zn2TiO4-Zn2SiO4-ZnO (Те=1528 К); Al6Si2Oi3-Al2TiO5-ZnTiO3-Al2O3 (Те=1220 К); AI2O3-ZnTiO3-Al6Si2O13-ZnAl2O4 (Те=1219 К).
Аналiз табл. 3 показав, що з найб^ьшою кiлькicтю фаз ствкнують фази ZnTiO3 - 8, ZnAl2O4 - 7, SiO2 - 6, Al2TiO5 - 5, Al6Si2O13 - 5. Найб^ьшу вipoгiднicть кну-вання в cиcтемi ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2, яка розрахова-на по фopмулi (8), мають фази ZnTiO3 (ю=0,2375), SiO2 (ю=0,2002), Al2TiO5 (ю=0,1275), ZnAl2O4 (ю=0,1225), Al6 Si2O13 (со=0,1097). Цi ж фази утворюють елемен-таpнi тетраедри з найб^ьшим вiднocним об'емом ZnTiO3-Al2TiO5-SiO2-TiO2 (XVi=287 %0), ZnTiO3--ZnAl2O4-Zn2SiO4-SiO2 (XVi=199 %„), Al6Si2O13-ZnTiO3--SiO2-Al2TiO5 (XVi=160 %), ZnAl2O4-ZnTiO3-SiO2--Al6Si2O!3 (XVi=155 %).
6. Обговорення результатiв дослщження субсолщсно! будови чотирьохкомпонентно! системи ZnOAl2O3TiO2-SiO2
В робой розглянуто субсолщусну будову чоти-рьохкомпонентно! системи ZnO-Al2O3-TЮ2-SЮ2. Система включае чотири трьохкомпонентних системи, двi з яких маловивчеш.
В маловивчено! системi ZnO-TЮ2-SЮ2 на основi термодинамiчного аналiзу реакцiй встановлено ст-вiснування наступних пар фаз ZnTЮ3-SЮ2, ZnTЮ3-Показано, що система розбиваеться на чотири елементарш трикутники.
В маловивчено! системi ZnO-Al2O3-TЮ2 встановлено ствшнування таких пар фаз А12ТЮ5^пТЮ3, ZnO-Al2TЮ5, ZnAl2O4-Zn2TЮ4; А1203^пТЮ3. Система розбиваеться на п'ять елементарних трикутниюв.
В чотирьохкомпонентнш системi ZnO-Al2O3--ТЮ2^Ю2 встановлено одну коноду, що проходить в тримiрному просторi: А1^2013^пТЮ3. Система розбиваеться на вкпм елементарних тетраедрiв. Визначе-но, що найб^ьшими вiдносними об'емами та невеликою ступеню асиметрп мають тетраедри ZnTЮ3-ZnAl2O4-(£^=199 %0, К=2,03) та ZnTЮ3-Al2TЮ5-^Ю2-ТЮ2 (Х^=287 %, К=1,7).
7. Висновки
1. Проведена трiангуляцiя в системах оксидiв ZnO--ТЮ2^Ю2 та ZnO-Al2O3-TiO2. Показано (несогласованная часть предложения), що система ZnO-TiO2-^Ю2 розбиваеться на чотири елементарних трикутни-кiв ^п0^п2ТЮ4^п^Ю4; Zn2TЮ4-Zn2SЮ4-ZnTЮ3; Zn2SЮ4-ZnTЮ3-SЮ2; ZnTЮ3-SЮ2 -ТЮ2), а система ZnO-Al2O3-TiO2 - на п'ять елементарних трикутни-юв (TiO2-Al2TiO5-ZnTiO3; Al2TiO5-ZnTiO3-Al2O3; ZnTiO3-Al2O3-ZnAl2O4; ZnTiO3-ZnAl2O4-Zn2TiO4; ZnAl2O4-Zn2TiO4-ZnO).
2. В результатi теоретичних дослвджень отриманi новi данi про будову чотирьохкомпонентно! системи ZnO-Al2O3-TiO2-SiO2. Встановлено, що система розбиваеться на вгам елементарних тетраедра, вказано тетраедри з найб^ьшими вщносними об'емами та най-меншою ступеню асиметрii: ZnTiO3-ZnAl2O4-Zn2SiO4-^Ю2 (Х^=199 %, К=2,03) та ZnTiO3-Al2TiO5-SiO2--TiO2 (^ =287 %, К=1,7), якi можуть застосовувати-ся при проектуванш складiв для отримання техшчно! керамiки, вогнетривких, жаростiйких, склокристалiч-них матерiалiв та покриттiв.
3. Виповнена повна тетраедращя системи ZnO--А1203-ТЮ2^Ю2, побудовано граф взаемозв'язку елементарних тетраедрiв, надана повна геометро-тополопч-на характеристика фаз системи, з найбшьшою юльюстю фаз спiвiснують фази ZnTiO3 (8), ZnAl2O4 (7), SiO2 (6), А12ТЮ5 (5), Al6Si2O13 (5). Найб^ьшим значенням вь рогiднiстю iснування мають фази ZnTiO3 (ю=0,2375), SiO2 (ю=0,2002), Al2TiO5 (ю=0,1275), ZnAl2O4 (ю= =0,1225), Al6Si2O13 (ю=0,1097).
4. Встановлена мжмальна температура появи роз-плаву (1170 К), яка обмежена фазами ZnTiO3, А12ТЮ5, SiO2, TiO2 . Ця область системи може бути викори-стана для низькотемпературного синтезу оксидних композицш перспективних для проектування ке-рамiчних мас та покритв в умовах форсирувано! термообробки.
Лiтеpатуpа
1. Савчук, Г. К. Диэлектрические свойства керамических материалов на основе титанатов цинка [Текст] / Г. К. Савчук, А. К. Летко // Вести НАН Беларуси. - 2011. - № 4. - С. 108-111.
2. Handbook of Advanced Ceramics: Materials, Applications, Processing, and properties. 2nd edition [Text]. - Academic Press, 2013. -1258 p.
3. Obradovic, N. Syntesis and characterization of zinc titanate nano-crystal powders obtained by mechanical activation [Text] / N. Obradovic, N. Labus, T. Sreckovic // Science of Sintering. - 2005. - Vol. 37, Issue 2. - P. 123-129. doi: 10.2298/sos0502123o
4. Сорокина, Е. В. Исследование сиснтеза муллито-тиалитовых огнеупорных материалов [Текст] / Е. В. Сорокина, Д. В. Прутц-ков, Л. В. Сорокина // Металургия. - 2011. - Вып. 24. - С. 91-97.
5. Yang, Y. Twinned Zn2TiO4 Spinel Nanowires Using ZnO Nanowires as a Template [Text] / Y. Yang, X. W. Sun, B. K. Tay, J. X. Wang, Z. L. Dong, H. M. Fan // Advanced Materials. - 2007. - Vol. 19, Issue 14. - P. 1839-1844. doi: 10.1002/adma.200700299
6. Savvova, O. V. Use of Titanium Dioxide for the Development of Antibacterial Glass Enamel Coatings [Text] / O. V. Savvova, L. L. Bragina // Glass and Ceram. - 2010. - Vol. 67, Issue 5-6. - P. 184-186. doi: 10.1007/s10717-010-9258-8
7. Mohammadia, M. R. Low Temperature Nanostructured Zinc Titanate by an Aqueous Particulate Sol-gel Route: Optimisation of Heat Tretment Condition Based on Zn:Ti Molar Ratio [Text] / M. R. Mohammadia, D. J. Fray // Journal of the European Ceramic Society. - 2010. - Vol. 30, Issue 4. - P. 947-961. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.09.031
8. Рыщенко, М. И. Система ZnO-Al2O3-SiO2 как основа для получения стеклокристаллических фильтров [Текст] / М. И. Рыщенко, Л. П. Щукина, Л. А. Михеенко и др. // Керамика: наука и жизнь. - 2010. - № 4 (6)-1 (7). - С. 33-37.
9. Бережной, А. С. Многокомпонентные системы окислов [Текст] / А. С. Бережной. - Наукова думка, 1970. - 544 с.
10. Chang, Y.-S. Synthesis, formation and characterization of ZnTiO3 ceramics [Text] / Y.-S. Chang, Y.-H. Chang, I.-G. Chen, G.-J. Chen, Y.-L. Chai, T.-H. Fang, S. Wu // Ceramics international. - 2004. - Vol. 30, Issue 8. - P. 2183-2189. doi: 10.1016/ j.ceramint.2004.01.002
11. Sedpho, S. Preparation and Characterization of Zink Titanate Nanostructures by Oxidation Reaction Technique [Text] / S. Sedpho, D. Wongratanaphisan, P. Mangkornton // J. Nat. Sci. Special Issue on Nanotechnology. - 2008. - Vol. 7, Issue 1. - P. 99-104.
12. Бабушкин, В. И. Термодинамика силикатов [Текст] / В. И. Бабушкин, Г. М. Матвеев, О. П. Мчедлов-Петросян. - М.: Ато-миздат, 1986.- 460 с.
13. Федоренко, О. Ю. Хiмiчнa технолопя тугоплавких неметалевих i силшатних матер1ашв у прикладах i задачах. В 2 ч. Ч. 2. Фiзико-хiмiчнi системи i фaзовi piвновaги, термодинамка, ресурсо- та енергозбереження в технологи ТНСМ [Текст]: навч. поабник / О. Ю. Федоренко, Я. М. Штак, М. I. Рищенко та ш.; за ред. М. I. Рищенко. - Харгав: НТУ «ХП1» , 2013. - 326 с.
14. Николенко, А. Н. Кинетика и механизм фазообразования в системе ZnO-TiO2 [Текст] / А. Н. Николенко, А. А. Панасенко, А. А. Пивоваров, Б. И. Мельников // Вопросы химии и химической технологии. - 2010. - № 5. - С. 102-109.
