Ce-La-O体系的相图研究
相图对于材料科学来说具有重要的指导意义。相图的研究方法主要分为实验法和计算法。由于实验条件的限制，往往并不能够完全测定出绘制一个体系的相图所需要的全部实验信息，上世纪70年代，随着计算机技术的不断进步，基于各种理论的相图计算方法逐步发展起来，其中，利用体系Gibbs自由能最小化原理，对各种实验数据进行综合评估的Thermo-calc软件的应用最为广泛，至今已经不断更新，发展到了十多个升级。 Ce，La及其氧化物在催化剂、燃料电池、热障材料方面具有广泛的应用。Ce-La-O体系是一个典型的固溶体体系，其相关子体系的相图，也具有代表性，通过对该体系进行相图计算，有助于认识这个体系的各种相结构，以及Ce-La合金的氧化行为。本文主要采用Thermo-calc软件进行Ce-La-O相关体系的相图计算方面的研究。文献中关于这个体系的各个子体系的实验及相图数据的报道很多，对这些信息汇总，在需要进一步确认的信息方面，进行了实验研究。 通过Raman光谱、扫描电子显微镜及能谱分析、原子力显微镜研究了Ce-La合金在空气中的氧化反应，确定了合金表面氧化反应的过程，合金在空气中容易被氧化，表面会形成氧化物固溶体，具体可能会有Ce2O3-La2O3、CeO2-La2O3固溶体。新打磨好的合金样品在空气中，Ce与吸附氧结合为Ce3+，随后Ce3+会进一步氧化为Ce4+，根据表面氧化层中Ce3+和Ce4+量的变化情况，可以把表面氧化过程分为两个阶段，即前40分钟Ce3+增长速度大于Ce4+;40分钟以后，Ce4+增长的速度已逐渐超过Ce3+，同时Ce3+逐渐减少，直到最后完全氧化为Ce4+。 通过对溶胶-凝胶法制备的CeO2-La2O3系列混合氧化物进行XRD图谱研究表明，该体系CeO2与La2O3可以形成一系列的固溶体，具体是以CeO2的萤石结构为母体的固溶体和以La2O3的A型六方结构为母体的固溶体。La2Ce2O7是以CeO2萤石结构为框架的固溶体，不具备烧绿石结构的特征。 结合实验的数据，以及文献中关于该体系的各种数据信息，利用Thermo-calc软件，针对不同的相，分别采用了理想固溶体模型、离子溶液双亚点阵模型等理论模型，计算了Ce-La-O体系所涵盖的Ce-La、Ce-O、La-O三个子二元体系和CeO2-La2O3、Ce2O3-La2O3两个伪二元氧化物体系，并与以往文献中报道的相关实验测定的相图进行了比较，部分计算结果与实验测定的相图吻合。
铈镧合金体系;金属氧化物;固溶体体系;相图计算;表面氧化
中国工程物理研究院
硕士
核燃料循环与材料
张鹏程
2008
中文
TB303
60
2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）