Zwilżalność i reaktywność ciekłego Gd w kontakcie z ceramiką Al2O3

• Autorzy: Turalska P. , Sobczak N. , Polkowska A. , Bruzda G. , Kudyba A. , Kaban I. , Mattern N. , Eckert J.

Warianty tytułu

EN

Wettability and reactivity of liquid Gd in contact with Al2O3 ceramics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy przeprowadzono badania wysokotemperaturowego oddziaływania ciekłego gadolinu w kontakcie ze zwartym podłożem z tlenku glinu.. Badania zwilżalności i reaktywności wykonano w obojętnym gazie przepływowym (Ar, 850–900 hPa) metodą kropli leżącej z zastosowaniem klasycznej procedury wspólnego nagrzewania badanej pary materiałów w dwóch temperaturach: 1362°C i 1412°C. Podczas testów w badanym układzie Gd/Al2O3 odnotowano cykliczne występowanie zjawiska zwilżalności (kąt zwilżania  < 90°) w obydwu temperaturach, przy czym w temperaturze 1362°C wartości kąta zwilżania zmieniały się w zakresie od 89° do 137° natomiast w temperaturze 1412°C – od 77° do 107°. Badania strukturalne próbki po testach zwilżalności przeprowadzono przy użyciu mikroskopu optycznego i skaningowego mikroskopu elektronowego z emisją polową wspomaganą termicznie. Wykazały one, że ciekły Gd reaguje z podłożem z tlenku glinu, a na granicy rozdziału kropla/podłoże powstaje nowy produkt reakcji – potrójny tlenek GdAlO3.

EN

The paper describes the study on the high temperature interaction of liquid gadolinium in contact with a dense aluminium oxide substrate. Wettability and reactivity tests were performed in inert flow gas (Ar, 850-900 hPa) by the sessile drop method using a classic procedure of contact heating of the tested pair of materials at two temperatures: 1362 °C and 1412 °C. During the tests, in the tested Gd/Al2O3 system the occurrence of the phenomenon of wettability was observed (contact angle < 90°) at both temperatures; at 1362°C the contact angle values varied from 89° to 137° whereas at 1412°C from 77° to 107°. The structural tests of the sample after the wettability tests have been carried out using an optical microscope and a scanning electron microscope equipped with a thermally assisted field emission. They have shown that liquid Gd reacts with Al2O3 substrate and a new reaction product is formed at the interface between the drop/substrate - which was identified as the triple oxide GdAlO3.

Słowa kluczowe

PL

Gd; Al2O3; zwilżalność; reaktywność; zjawiska powierzchniowe

EN

Gd; Al2O3; wettability; reactivity; surface phenomena

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 4
• Strony: 41--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Turalska P.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Sobczak N.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków
• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Polkowska A.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Bruzda G.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Kudyba A.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Kaban I.

• IFW Dresden, Institute for Complex Materials

autor

Mattern N.

• IFW Dresden, Institute for Complex Materials

autor

Eckert J.

• Erich Schmidt Institute of Materials Science, Austrian Academy of Sciences; Department Materials Physics, Montanuniversität Leoben

Bibliografia

• 1. Wang C., Zinkevich M., Aldinger F.: Phase diagrams and thermodynamics of rare-earth-doped zirconia ceramics. „Pure and Applied Chemistry” 2007, 79(10), p. 1731–1753.
• 2. Schmitz S., Lindenkreuz H.-G., Löser W., Büchner B.: Liquid phase separation, solidification and phase transformations of Gd-Ti and Gd-Ti-Al-Cu alloys. „Calphad: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry” 2013, 44, p. 21–25.
• 3. Sobczak N., Nowak R., Radziwill W., Budzioch J., Glenz A.: Experimental complex for investigations of high temperature capillarity phenomena. „Materials Science and Engineering” 2008, A 495, p. 43–49.
• 4. Liggieri L., Passerone A.: An automatic technique for measuring the surface tension of liquid metals. „High Temperature Technologies” 1989, 7(2), p. 82–86.
• 5. ASTRA Reference Book, IENRI, Report, Oct. 2007
• 6. https://www.youtube.com/watch?v=2c-Wj6YrmNk [dostęp: 01.12.2017]
• 7. McMurray J.W.: Thermodynamic Modeling of Uranium and Oxygen Containing Ternary Systems with Gadolinium, Lanthanum, and Thorium. PhD Thesis, University of Tennessee, http://trace.tennessee.edu-/utk_graddiss/3152/, 2014. [dostęp: 18.05.2017]
• 8. http://resource.npl.co.uk/mtdata/phdiagrams/algd.htm [dostęp: 01.12. 2017]
• 9. Araki S., Yoshimura M.: Fabrication of transparent ceramics through melt solidification of near eutectic compositions in HfO2–Al2O3–GdAlO3 system. „Journal of the European Ceramic Society” 2006, 26, p. 3295–3299.
• 10. Turalska P., Homa M., Bruzda G., Sobczak N., Kaban I., Mattern N., Eckert J.: Wetting behavior and reactivity between liquid Gd and ZrO2 substrate. „Journal of Mining and Metallurgy Section B-Metallurgy” 2017, 53(3)B, p. 285–293.
• 11. Turalska P., Homa M., Nowak R., Bruzda G., Sobczak N., Kaban I., Mattern N., Eckert J.: Wettability, reactivity and interfaces in Gd/TiO2 system. „Transactions of the Foundry Research Institute” 2017, DOI: 10.7356/iod.2017.29.
• 12. Waring J.L., Schneider S.J.: Phase equilibrium relationships in the system Gd2O3-TiO2. „Journal of Research at the National Bureau of Standards – A. Physics and Chemistry” 1965, 69A(3), p. 255-261.
• 13. Fabrichnaya O., Wang Ch., Zinkevich M., Aldinger F., Levi C.G.: Phase equilibria and thermodynamic properties of the ZrO2-GdO1.5-YO1.5 system. „Journal of Phase Equilibria and Diffusion” 2005, 26(6), p. 591–604.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).