BaO-SiO2、BaO-Lu2O3二元系相图的热力学优化与计算

摘要

新发现的单一相白光荧光粉具有低色温、高显色、色坐标可调、较高光效等优点而显现出重要的应用前景，但其基质体系 BaO-Lu2O3-SiO2相图及热力学知识的严重缺乏阻碍了材料制备工艺改进和性能提升。本论文作为系列研究的一部分，聚焦于BaO-Lu2O3-SiO2三元系的两个边二元系，研究BaO-SiO2、BaO-Lu2O3二元体系的相图及热力学。采用CALPHAD技术与实验研究相结合的方式展开研究，实验测定BaO-Lu2O3体系部分低温相关系；采用双亚晶格模型，建立高温液相模型，优化计算 BaO-SiO2、BaO-Lu2O3二元系相图。研究获得的自洽相图与热力学、热力学模型及建立方法，将为BaO-Lu2O3-SiO2三元系的优化计算提供基础数据，同时也为冶金、材料领域的相关研究提供借鉴。主要取得的工作结果如下：
　　（1） BaO-SiO2体系：基于已有实验相图和热力学数据，采用双亚晶格模型(Ba2+)P(O2–,SiO44–,SiO20)Q描述高温液相的Gibbs自由能，对BaO-SiO2二元系相图进行了热力学优化与计算。计算获得了 Ba2SiO4，BaSi2O5，BaSiO3，Ba2Si3O8，Ba3Si5O13， Ba3SiO5，Ba5Si8O21七个中间相的 Gibbs自由能，这些数据很好地重现了实验相图值；在富SiO2端，获得了与实验数据更加吻合的液相线；计算的SiO2活度曲线与实验数据吻合良好，BaO的活度曲线与实验值在BaO的摩尔分数x(BaO)为50％～80%范围时有差别，可能是实验误差所致；同时给出了液相混合Gibbs自由能。
　　（2）BaO-Lu2O3体系：1373、1573和1773 K的温度下实验证实仅有Ba3Lu4O9一个中间化合物的存在；采用(Ba2+,Lu3+)P(O2-)Q双亚晶格模型描述离子液相，计算得到了与实验结果相符的BaO-Lu2O3二元系相图，计算的中间相 Ba3Lu4O9的Gibbs自由能与实验数据在误差范围内吻合良好，900、1250 K时BaO-Lu2O3体系液相的混合Gibbs自由能均呈现出合理的变化趋势，同时计算了2800 K时体系液相活度的值。由于实验数据的相对缺乏，本次优化计算结果仅作为参考数据之一，后期需要更多的实验来进行佐证。

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第一章 绪论

1.1 相图计算

1.2 相图的实验测定

1.3 相图计算的热力学理论

1.4 课题的研究意义及研究内容

第二章 相图的研究方法

2.1 相图实验方法

2.2 相图计算方法

第三章 BaO-SiO2体系相图的优化计算

3.1 实验数据的评估

3.2 热力学模型

3.3 参数的优化

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 BaO-Lu2O3体系相图的优化计算

4.1 实验数据的评估

4.2 相图实验结果与讨论

4.3 相图优化计算

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果