Плотность, тепловое расширение, энтальпия, теплоемкость и теплопроводность кальция в интервале температур 720–1290 K

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Теплофизические свойства кальция (чистотой 99.75 вес. %) экспериментально исследованы с высокой точностью в интервале температур 720–1290 K твердого и жидкого состояний с использованием дилатометрического метода, метода просвечивания образцов узким пучком гамма-излучения, метода смешения и метода лазерной вспышки. Исследовано поведение плотности, энтальпии и коэффициента теплопроводности кальция в области плавления–кристаллизации. Измеренное значение теплоты плавления составило 8075 Дж/моль, относительного изменения плотности при плавлении – 3.3%, относительного изменения коэффициента теплопроводности при плавлении – 26%. Проведено сопоставление полученных результатов с литературными данными. Результаты измерений при температурах выше 720 K либо значительно уточняют имеющиеся литературные данные, либо являются единственными на настоящий момент. Подтверждено, что теплоемкость жидкого кальция постоянна в интервале 1115–1290 K. Построены аппроксимационные уравнения и разработана таблица рекомендуемых значений исследованных свойств кальция в интервале температур 720–1290 К, включающем твердое и жидкое состояния.

Об авторах

Р. Н. Абдуллаев

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Email: abdullaev.rasul88@gmail.com
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 1

Р. А. Хайрулин

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Email: abdullaev.rasul88@gmail.com
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 1

А. Ш. Агажанов

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Email: abdullaev.rasul88@gmail.com
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 1

А. Р. Хайрулин

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Email: abdullaev.rasul88@gmail.com
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 1

Ю. М. Козловский

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Email: abdullaev.rasul88@gmail.com
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 1

Д. А. Самошкин

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: abdullaev.rasul88@gmail.com
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 1

Список литературы

  1. Song J., She J., Chen D. et al. // J. Magnesium Alloys. 2020. V. 8. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jma.2020.02.003
  2. Aljarrah M., Medraj M. // Calphad. 2008. V. 32. № 2. P. 240. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2007.09.001
  3. Deng M., Höche D., Lamaka S.V. et al. // J. Power Sources. 2008. V. 396. P. 109. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.05.090
  4. Li Z., Gu X., Lou S. et al. // Biomaterials. 2008. V. 29. № 10. P. 1329. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.12.021
  5. Terashita N., Akiba E. // Mater. Trans. 2004. V. 45. № 8. P. 2594. https://doi.org/10.2320/matertrans.45.2594
  6. Chino Y., Ueda T., Kado M. et al. // Mater. Trans. 2011. V. 52. № 9. P. 1840. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2011109
  7. Terada Y., Tsukahara M., Shibayama A. et al. // Scr. Mater. 2011. V. 64. № 11. P. 1039. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.02.016
  8. Alcock C.B., Chase M.W., Itkin V. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1993. V. 22. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1063/1.555935
  9. Шпильрайн Э.Э., Каган Д.Н., Ульянов С.Н. Термодинамические функции элементов подгруппы щелочноземельных металлов (теплоемкость, энтальпия, энтропия энергия Гиббса). Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. № 3(59). М.: ИВТАН, 1986. 77 с.
  10. Touloukian Y.S., Kirby R.K., Taylor R.E. Thermophysical properties of matter. V. 12. N.Y.: Plenum Press, 1975. 1442 p.
  11. Touloukian Y.S., Powell R.W., Ho C.Y., Nicolaou M.C. Thermophysical properties of matter. V. 10. N.Y., Washington: Plenum Press, 1973. 748 p.
  12. Touloukian Y.S., Powell R.W., Ho C.Y., Nicolaou M.C. Thermophysical properties of matter. V. 1. N.Y., Washington: Plenum Press, 1970. 1595 p.
  13. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1989. 384 с.
  14. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974. 294 с.
  15. Ho C.Y., Powell R.W., Liley P.E. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1972. V. 1. P. 279. https://doi.org/10.1063/1.3253100
  16. Bridgman P.W. // Proc. Am. Acad. Arts Sci. 1923. V. 58. № 5. P. 1153. https://doi.org/10.4159/harvard.9780674287815.c14
  17. Smith J.F., Carlson O.N., Vest R.W. // J. Electrochem. Soc. 1956. V. 103. № 7. P. 409. https://doi.org/10.1149/1.2430364
  18. Schottmiller J.C., King A.J., Kanda F.A. // J. Phys. Chem. 1958. V. 62. № 11. P. 1446–1449. https://doi.org/10.1021/j150569a024
  19. Bernstein B.T., Smith J.F. // Acta Crystallogr. 1959. V. 12. № 5. P. 419. https://doi.org/10.1107/S0365110X59001268
  20. Peterson D.T., Fattore V.G. // J. Phys. Chem. 1961. V. 65. № 11. P. 2062. https://doi.org/10.1021/j100828a034
  21. Шпильрайн Э.Э., Фомин В.А., Качалов В.В. // ТВТ. 1986. Т. 24. № 2. С. 259.
  22. Hiemstra S., Prins D., Gabrielse G. et al. // Phys. Chem. Liq. 1977. V. 6. № 4. P. 271. https://doi.org/10.1080/00319107708084145
  23. Bohdansky J., Schins H.E.J. // JINC. 1968. V. 30. № 9. P. 2331. https://doi.org/10.1016/0022-1902(68)80241-6
  24. Culpin M. F. // Proc. Phys. Soc. 1957. V. 70. № 11. P. 1079. https://doi.org/10.1088/0370-1301/70/11/308
  25. Ульянов С.Н. Термодинамические свойства щелочноземельных металлов при высоких температурах (разработка метода, экспериментальное исследование, таблицы рекомендуемых данных в твердой и жидкой фазах). Автореф. дис. М.: ИВТАН, 1985.
  26. Cook J.G., Laubitz M.J., Meer M.P.V. // Can. J. Phys. 1975. V. 53. № 5. P. 486. https://doi.org/10.1139/p75-062
  27. Cook J.G., Meer M.P.V. // J. Phys. F: Metal Phys. 1973. V. 3. P. L130. https://doi.org/10.1088/0305-4608/3/8/002
  28. Abdullaev R.N., Khairulin R.A., Kozlovskii Yu.M. et al. // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2019. V. 29. № 3. P. 507–514. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64959-9
  29. Abdullaev R.N., Agazhanov A.Sh., Khairulin A.R. et al. // J. Eng. Thermophys. 2022. V. 31. № 3. P. 384. https://doi.org/10.1134/S181023282203002X
  30. SpringerMaterials–properties of materials, https://materials.springer.com/
  31. Kozlovskii Yu.M., Stankus S.V. // High Temp. 2014. V. 52. № 4. P. 536. https://doi.org/10.1134/S0018151X1403016X
  32. Abdullaev R.N., Kozlovskii Yu.M., Khairulin R.A. et al. // Int. J. Thermophys. 2015. V. 36. № 4. P. 603. https://doi.org/10.1007/s10765-015-1839-x
  33. Stankus S.V., Khairulin R.A. // High Temp. 1992. V. 30. № 3. P. 386.
  34. Stankus S.V., Savchenko I.V., Yatsuk O.S. // Instrum. Exp. Tech. 2017. V. 60. № 4. P. 608. https://doi.org/10.1134/S0020441217030265
  35. Stankus S.V., Savchenko I.V., Yatsuk O.S. // High Temp. 2018. V. 56. № 1. P. 33. https://doi.org/10.1134/S0018151X18010170
  36. Parker W.J., Jenkins R.J., Butler C.P. et al. // J. Appl. Phys. 1961. V. 32. № 9. P. 1679. https://doi.org/10.1063/1.1728417
  37. Cape J.A., Lehman G.W. // J. Appl. Phys. 1963. V. 34. № 7. P. 1909. https://doi.org/10.1063/1.1729711
  38. Blumm J., Opfermann J. // High Temp.-High Press. 2002. V. 34. № 5. P. 515.
  39. Stankus S.V., Savchenko I.V. // Thermophys. Aeromech. 2009. V. 16. № 4. P. 585. https://doi.org/10.1134/S0869864309040076
  40. Agazhanov A.Sh., Abdullaev R.N., Samoshkin D.A. et al. // Fusion Eng. Des. 2020. V. 152. P. 111456-1. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2020.111456
  41. Пелецкий В.Э., Чеховской В.Я., Латыев Л.Н. и др. Теплофизические свойства молибдена и его сплавов: Справочник / Под ред. Шейндлина А.Е. М.: Металлургия, 1990. 302 с.
  42. Савченко И.В. Измерение температуропроводности твердых материалов методом лазерной вспышки // Материалы 12-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-12), АСФ России, Екатеринбург, Новосибирск, 2006, С. 287.
  43. Тонков Е.Ю. Фазовые диаграммы элементов при высоком давлении. М.: Наука, 1979. 192 с.

Дополнительные файлы


© Р.Н. Абдуллаев, Р.А. Хайрулин, А.Ш. Агажанов, А.Р. Хайрулин, Ю.М. Козловский, Д.А. Самошкин, 2023