Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences65197010.31857/S2686953522600507OUPRVAPHYSICAL CHEMISTRYФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯSTATE DIAGRAM OF THE ZrO2–SiO2–Al2O3 SYSTEM WITH VISUALIZATION BY COMPUTER 3D-MODEL AND CALCULATION USING THE NUCLEA DATABASEДиаграмма состояния системы ZrO2–SiO2–Al2O3 при визуализации компьютерной 3D-моделью и расчете с использованием базы данных NUCLEAVorob’evaV. P.ВоробьеваВ. П.v.stolyarova@spbu.ruZelenayaА. E.ЗеленаяА. Э.v.stolyarova@spbu.ruLutsykV. I.ЛуцыкВ. И.v.stolyarova@spbu.ruVorozhtcovV. A.ВорожцовВ. А.v.stolyarova@spbu.ruAlmjashevV. I.АльмяшевВ. И.v.stolyarova@spbu.ruStolyarovaV. L.СтоляроваВ. Л.v.stolyarova@spbu.ruInstitute of Physical Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наукInstitute of Silicate Chemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут химии силикатов имени И.В. Гребенщикова Российской академии наукSaint Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетAlexandrov Research Institute of TechnologyНаучно-исследовательский технологический институт им. А.П. АлександроваUlyanov (Lenin) Saint Petersburg Electrotechnical University “LETI”Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” имени В.И. Ульянова (Ленина)010720235111778702022025Copyright ©; 2023, В.П. Воробьева, А.Э. Зеленая, В.И. Луцык, В.А. Ворожцов, В.И. Альмяшев, В.Л. СтоляроваCopyright ©; 2023, В.П. Воробьева, А.Э. Зеленая, В.И. Луцык, В.А. Ворожцов, В.И. Альмяшев, В.Л. Столярова2023В.П. Воробьева, А.Э. Зеленая, В.И. Луцык, В.А. Ворожцов, В.И. Альмяшев, В.Л. СтоляроваВ.П. Воробьева, А.Э. Зеленая, В.И. Луцык, В.А. Ворожцов, В.И. Альмяшев, В.Л. Столяроваhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/651970

The three-dimensional (3D) computer model of the isobaric phase diagram of the ZrO2–SiO2–Al2O3 system with formation of the ZrSiO4 and Al6Si2O13 compounds is presented. The development of its geometric structure was carried out through the sequential construction of the phase reaction scheme, including all polymorphic transitions in the sub-solidus and the rearrangement of the interaction of binary compounds as well as zirconium and aluminum oxides, its transformation into the scheme of uni- and invariant states in the tabular and graphical (3D) forms, the construction of the prototype, and its transformation into a spatial model of the phase diagram of the real ZrO2–SiO2–Al2O3 system. Features of the isothermal sections and isopleths of the phase diagram of the considered system calculated using the thermodynamic NUCLEA database are discussed in the comparison with the 3D model sections.

Представлена трехмерная (3D) компьютерная модель изобарной фазовой диаграммы системы ZrO2–SiO2–Al2O3 с образованием соединений ZrSiO4 и Al6Si2O13. Вывод ее геометрического строения проведен через последовательное построение схемы фазовых реакций, включая все полиморфные переходы в субсолидусе и перегруппировку взаимодействия бинарных соединений, а также оксидов циркония и алюминия, трансформацию ее в схему моно- и нонвариантных состояний в табличном и графическом (3D) виде, построение прототипа с переводом последнего в пространственную модель фазовой диаграммы реальной системы ZrO2–SiO2–Al2O3. Обсуждаются особенности изо- и политермических разрезов фазовой диаграммы рассматриваемой системы, рассчитанных с использованием термодинамической базы данных NUCLEA, по сравнению с полученной 3D-моделью.

phase diagramcomputer simulationzirconium oxidesilicon oxidealuminium oxideфазовая диаграммакомпьютерное моделированиеоксид цирконияоксид кремнияоксид алюминияClaussen N., Jahn J. // J. Am. Ceram. Soc. 1980. V. 63. № 3–4. P. 228–229. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1980.tb10700.xGarvie R.C., Goss M.F., Marshall S., Urbani C. // Mater. Sci. Forum. 1988. V. 34–36. P. 681–688. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.34-36.681Frank M., Schweiger M., Rheinberger V., Höland W. // Glas. Ber. Glass Sci. Technol. 1998. V. 71. P. 345–348.Höland W., Schweiger M., Frank M., Rheinberger V. // J. Biomed. Mater. Res. 2000. V. 53. № 4. P. 297–303. https://doi.org/10.1002/1097-4636(2000)53:4<297::AID-JBM3>3.0.CO;2-GGregory A.G., Veasey T.J. // J. Mater. Sci. 1971. V. 6. № 10. P. 1312–1321. https://doi.org/10.1007/BF00552045Sales M., Alarcon J. // J. Mater. Sci. 1995. V. 30. № 9. P. 2341–2347. https://doi.org/10.1007/BF01184584McCoy M.A., Heuer A.H. // J. Am. Ceram. Soc. 1988. V. 71. № 8. P. 673–677. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1988.tb06387.xAwano M., Takagi H., Kuwahara Y. // J. Am. Ceram. Soc. 1992. V. 75. № 9. P. 2535–2540. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1992.tb05608.xБелов Г.В., Аристова Н.М. // Математическое моделирование. 2017. Т. 29. № 6. С. 135‒142. http://mi.mathnet.ru/rus/mm/v29/i6/p135Ohnuma I., Ishida K. // Tecnol. Metal. Mater. Min. 2016. V. 13. № 1. P. 46‒63. https://doi.org/10.4322/2176-1523.1085Bakardjieva S., Barrachin M., Bechta S., Bezdicka P., Bottomley D., Brissonneau L., Cheynet B., Dugne O., Fischer E., Fischer M., Gusarov V., Journeau C., Khabensky V., Kiselova M., Manara D., Piluso P., Sheindlin M., Tyrpekl V., Wiss T. // Ann. Nucl. Energ. 2014. V. 74. P. 110‒124. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.06.023Kitagaki T., Yano K., Ogino H., Washiya T. // J. Nucl. Mater. 2017. V. 486. P. 206‒215. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.01.032Björkvall J., Stolyarova V.L. // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2001. V. 15. № 10. P. 836‒842. https://doi.org/10.1002/rcm.251Bakardjieva S., Barrachin M., Bechta S., Bottomley D., Brissoneau L., Cheynet B., Fischer E., Journeau C., Kiselova M., Mezentseva L., Piluso P., Wiss T. // Progr. Nucl. Energ. 2010. V. 52. № 1. P. 84‒96. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2009.09.014Kwon S.Y. Thermodynamic optimization of ZrO2-containing systems in the CaO–MgO–SiO2–Al2O3–ZrO2 system. Dissertation for the degree of Master of Engineering. Montreal, 2015. 113 p.Lutsyk V.I., Vorob’eva V.P. // J. Therm. Anal. Calorim. 2010. V. 101. № 1. P. 25‒31. https://doi.org/10.1007/s10973-010-0855-0Lutsyk V.I., Vorob’eva V.P. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. № 2. P. 188‒207. https://doi.org/10.1134/S0036023616020121Vorob'eva V.P., Zelenaya A.E., Lutsyk V.I., Sineva S.I., Starykh R.V., Novozhilova O.S. // J. Phase Equil. Diffus. 2021. V. 42. № 2. P. 175‒193. https://doi.org/10.1007/s11669-021-00863-3Lutsyk I.V., Zelenaya A.E., Zyryanov A.M. // Materials, Methods & Technologies. International Scientific Publications. 2008. V. 2. № 1. P. 176‒184.Lutsyk V.I., Vorob’eva V.P. // Russ. J. Phys. Chem. 2015. V. 89. № 10. P. 1715‒1722. https://doi.org/10.1134/S0036024415100192Lutsyk V.I., Vorob’eva V.P., Shodorova S.Ya. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. № 7. P. 858‒866. https://doi.org/10.1134/S0036023616070123Vorob'eva V.P., Zelenaya A.E., Lutsyk V.I. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 6. P. 894‒901. https://doi.org/10.1134/S003602362106022XVorob’eva V.P., Zelenaya A.E., Lutsyk V.I., Almjashev V.I., Vorozhtcov V.A., Stolyarova V.L. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. № 6. P. 616‒621. https://doi.org/10.1134/S1087659621060328Butterman W.C., Foster W.R. // Am. Mineral. 1967. V. 52. № 5–6. P. 880‒885. https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article-abstract/52/5-6/880/542223/Zircon-Stability-and-the-Zr02-Si02-Phase-DiagramLakiza S.M., Lopato L.M. // J. Amer. Ceram. Soc. 1997. V. 80. № 4. P. 893‒902. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1997.tb02919.xLakiza S., Fabrichnaya O., Wang Ch., Zinkevich M., Aldinger F. // J. Eur. Ceram. Soc. 2006. V. 26. № 3. P. 233‒246. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2004.11.011Toropov N.A., Galakhov F.Ya. // Bull. Acad. Sci. USSR, Div. Chem. Sci. 1958. V. 7. № 1. P. 5‒9. https://doi.org/10.1007/BF01170853Aramaki S., Roy R. // J. Am. Ceram. Soc. 1962. V. 45. № 5. P. 229‒242. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1962.tb11133.xde Noirfontaine M.-N., Tusseau-Nenez S., Girod-Labianca C., Pontikis V. // J. Mater. Sci. 2012. V. 47. № 3. P. 1471‒1479. https://doi.org/10.1007/s10853-011-5932-7Яроцкая Е.Г., Федоров П.П. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2018. Т. 20. № 4. С. 537–544. https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/626Lambotte G., Chartrand P. // J. Amer. Ceram. Soc. 2011. V. 94. № 11. P. 4000–4008. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04656.xIgami Y., Ohi S., Miyake A. // J. Amer. Ceram. Soc. 2017. V. 100. № 10. P. 4928–4937. https://doi.org/10.1111/jace.15020McMurdie H.F., Hall F.P. // J. Am. Ceram. Soc. 1949. V. 32. № s1. P. 154‒164. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1949.tb19765.xToropov N.A., Galakhov F.Ya. // Bull. Acad. Sci. USSR, Div. Chem. Sci. 1956. V. 5. № 2. P. 153‒156. https://doi.org/10.1007/BF01177636Kwon S.Y., Jung I.-H. // J. Eur. Ceram. Soc. 2017. V. 37. № 3. P. 1105‒1116. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.10.008Будников П.П., Литваковский А.А. // ДАН СССР. 1956. Т. 106. № 2. С. 267‒270.Greca M.C., Emiliano J.V., Segadães A.M. // J. Eur. Ceram. Soc. 1992. V. 9. № 4. P. 271‒283. https://doi.org/10.1016/0955-2219(92)90062-IQuereshi M.H., Brett N.H. // Trans. Brit. Ceram. Soc. 1968. V. 67. № 11. P. 569‒578.Pena P., De Aza S. // J. Mater. Sci. 1984. V. 19. № 1. P. 135‒142. https://doi.org/10.1007/BF02403119Pena P. // Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr. 1989. V. 28. № 2. P. 89‒96.Connell R.G. // J. Phase Equilib. 1994. V. 15. № 1. P. 6‒19. https://doi.org/10.1007/BF02667677Khaldoyanidi K.A. // J. Struct. Chem. 2003. V. 44. № 1. P. 116‒129. https://doi.org/10.1023/A:1024941216224Халдояниди К.А. Фазовые диаграммы гетерогенных систем с трансформациями. Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2004. 382 с.Воробьева В.П. Фазовые диаграммы состояния трех- и четырехкомпонентных систем: от топологии к компьютерным моделям. Дис. … докт. ф.-м.н. Тюмень, 2012. 354 с.Vorozhtcov V.A., Yurchenko D.A., Almjashev V.I., Sto-lyarova V.L. // Glass Phys. Chem. 2021. V. 47. № 5. P. 417‒426. https://doi.org/10.1134/S1087659621050175NUCLEA: Thermodynamic database for nuclear applications [Электронный ресурс] // Доступно по: http://thermodata.online.fr/nuclea.html. Ссылка активна на 25.12.2022 г.Mao H., Selleby M., Sundman B. // J. Am. Ceram. Soc. 2005. V. 88. № 9. P. 2544‒2551. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00440.x