А. А. Акбердин, А. С. Ким, Р. Б. Султангазиев.
АННОТАЦИЯ
Выполнен полный термодинамический анализ химических превращений в системе BaO-B2O3-C в диапазоне температур 1400–3000 К с использованием программного комплекса «Терра». Установлено, что ещё до начала процессов восстановления продуктами взаимодействия оксидов бора и бария являются орто-Ba3B2O6 и метаборат BaB2O4 бария с температурами кристаллизации 1656 и 1378 К соответственно. Изучено восстановление углеродом смеси оксидов с высоким (90BaO + 10B2O3) и низким (35BaO + 65B2O3) содержанием оксида бария. Найдено, что во всех случаях продуктами взаимодействия могут быть карбид BaC2 и гексаборид бария BaB6, а также карбид бора B4C. При переработке богатой оксидом бария смеси в продуктах плавки превалирует карбид бария BaC2, а богатой оксидом бора – гексаборид бария. Образование боратов бария затрудняет восстановительный процесс из-за пониженной активности BaO и B2O3 в них. Как сильные основные (BaO) и кислотные (B2O3) оксиды они образуют прочные соединения. Температура начала восстановления бария до BaC2 из BaO составляет 1500К, а из Ba3B2O6 – 2200 К. Совместное восстановление бария и бора происходит из боратов бария с образованием BaB6. На обеих смесях появление в продуктах плавки гексаборида бария фиксируется при 2300 К. Наличие в конденсированной фазе BaB6 свидетельствует о возможности производства комплексного ферросплава, одновременно содержащего бор и барий, известных как эффективные легирующие и модифицирующие элементы.
При численном моделировании технологии применен метод математического планирования эксперимента. Получены уравнения зависимости количества образующихся фаз от расхода BaO, B2O3 и температуры. Изучен весь диапазон составов оксидов в соответствии с диаграммой состояния системы BaO-B2O3. Уравнения позволяют выбрать температурно-шихтовые условия плавки для получения требуемых составов конденсированных фаз. Полученные в работе результаты численных экспериментов могут быть применимы для производства борбариевых сплавов и синтеза высокотемпературных материалов на основе BaB6, BaC2 и B4С.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
бор, барий, сплав, моделирование, фаза, карбид бария, гексаборид бария, аппроксимирующие уравнения, коэффициент детерминации.
DOI: 10.31857/S0235010621030026