1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплофизика высоких температур
  4. T. 61, № 5, 2023

Теплофизика высоких температур, 2023, T. 61, № 5, стр. 655-664

Проблема уравнения состояния тугоплавких металлов в околокритической области

А. С. Шумихин *

Объединенный институт высоких температур РАН
Москва, Россия

* E-mail: shum_ac@mail.ru

Поступила в редакцию 01.03.2023
После доработки 21.04.2023
Принята к публикации 11.05.2023

Аннотация

Предложена простая физическая модель атомарной плазмы, позволяющая рассчитать уравнение состояния тугоплавких металлов в околокритической области и получить параметры критической точки перехода пар‒жидкость, включая бинодаль. Особенностью модели является учет межатомного взаимодействия с помощью когезии – коллективной энергии сцепления атомов в металле. Получены оценки параметров критической точки для многих тугоплавких металлов, в том числе проводимости в критической точке.

Список литературы

  1. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. Molecular Theory of Gases and Liquids. N.Y.: Wiley, 1954.

  2. Hensel F., Marceca E., Pilgrim W.C. The Metal–Non-metal Transition in Compressed Metal Vapours // J. Phys.: Condens. Matter. 1998. V. 10. P. 11395.

  3. Hensel F., Pilgrim W.C. Fluid Alkali Metals in the Liquid‒Vapour Critical Region // Int. J. Mod. Phys. B. 1992. V. 6. P. 3709.

  4. Hensel F. The Liquid‒Vapour Phase Transition in Fluid Mercury // Adv. Phys. 1995. V. 44. P. 3.

  5. Кикоин И.К., Сенченков А.П. Электропроводность и уравнение состояния ртути в области температур 0–2000°С и давлений 200–500 атмосфер // ФММ. 1967. Т. 24. С. 843.

  6. Young D.A., Alder B.J. Critical Point of Metals from the van der Waals Model // Phys. Rev. A. 1971. V. 3. P. 364.

  7. Бушман А.В., Фортов В.Е. Модели уравнения состояния вещества // УФН. 1983. Т. 140. № 2. С. 177.

  8. Ликальтер А.А. Критические точки конденсации в кулоновских системах // УФН. 2000. Т. 170. С. 831.

  9. Онуфриев С.В. Оценка критических параметров циркония, гафния и вольфрама // ТВТ. 2011. Т. 49. № 2. С. 213.

  10. Мартынюк М.М. Параметры критической точки металлов // ЖФХ. 1983. Т. 57. С. 810.

  11. Grosse A.V. The Temperature Range of Liquid Metals and an Estimate of their Critical Constants // J. Inorg. Nucl. Chem. 1961. V. 22. P. 23.

  12. Фортов В.Е., Дремин А.Н., Леонтьев А.А. Оценка параметров критической точки // ТВТ. 1975. Т. 13. № 3. С. 1072.

  13. Blairs S., Abbasi M.H. Correlation between Surface Tension and Critical Temperatures of Liquid Metals // J. Colloid Interface Sci. 2006. V. 304. P. 549.

  14. Apfelbaum E.M., Vorob’ev V.S. The Wide-range Method to Construct the Entire Coexistence Liquid−Gas Curve and to Determine the Critical Parameters of Metals // J. Phys. Chem. B. 2015. V. 119. P. 11825.

  15. Apfelbaum E.M., Vorob’ev V.S. The Zeno Line for Al, Cu, and U // J. Phys. Chem. B. 2016. V. 120. P. 4828.

  16. Апфельбаум Е.М., Воробьев В.С. Универсальное уравнение состояния для критической и сверхкритических областей // ТВТ. 2021. Т. 59. № 6. С. 852.

  17. Hess H., Kaschnitz E., Pottlacher G. Thermophysical Properties of Liquid Cobalt // High Press. Res. 1994. V. 12. P. 29.

  18. Seydel U., Fischer U. Experimental Determination of Critical Data of Liquid Molybdenum // J. Phys. F: Met. Phys. 1978. V. 8. P. L157.

  19. Hixson R.S., Winkler M.A. Thermophysical Properties of Molybdenum and Rhenium // Int. J. Thermophys. 1992. V. 13. P. 477.

  20. Pottlacher G., Kaschnitz E., Jäger H. High-pressure, High-temperature Thermophysical Measurements on Molybdenum // J. Phys.: Condens. Matter. 1991. V. 3. P. 5783.

  21. Berthault A., Arles L., Matricon J. High-pressure, High-temperature Thermophysical Measurements on Tantalum and Tungsten // Int. J. Thermophys. 1986. V. 7. P. 167.

  22. Jäger H., Neff W., Pottlacher G. Improved Thermophysical Measurements on Solid and Liquid Tantalum // Int. J. Thermophys. 1992. V. 13. P. 8.

  23. Leitner M., Schröer W., Pottlacher G. Density of Liquid Tantalum and Estimation of Critical Point Data // Int. J. Thermophys. 2018. V. 39. P. 124.

  24. Leitner M., Pottlacher G. Density of Liquid Niobium and Tungsten and the Estimation of Critical Point Data // Metall. Mater. Trans. A. 2019. V. 50. P. 3646.

  25. Boiveneau M., Arles L., Vermeulen J.M., Thevenin Th. High-pressure Thermophysical Properties of Solid and Liquid Uranium // Physica B. 1993. V. 190. P. 31.

  26. Шпильрайн Э.Э., Фомин В.А., Качалов В.В. Плотность и поверхностное натяжение урана в жидкой фазе // ТВТ. 1988. Т. 26. № 5. С. 892.

  27. Gathers G.R. Dynamic Methods for Investigating Thermophysical Properties of Matter at Very High Temperatures and Pressures // Rep. Prog. Phys. 1986. V. 49. P. 341.

  28. Pottlacher G. High Temperature Thermophysical Properties of 22 Pure Metals. Graz: Edition Keiper, 2010.

  29. Emelyanov A.N., Nikolaev D.N., Ternovoi V.Ya. Estimation of Critical Point Parameters for Liquid–Vapor Phase Transition of Molybdenum from Shock-wave Experiments // High Temp.‒High Press. 2008. V. 37. P. 279.

  30. Iosilevskiy I., Gryaznov V. Uranium Critical Point Location Problem // J. Nucl. Mater. 2005. V. 344. P. 30.

  31. Иосилевский И.Л. Вещество в экстремальном состоянии / Под ред. Фортова В.Е. М.: ИВТ АН, 1991. 106 с.

  32. Likalter A.A. Equation of State of Metallic Fluids near the Critical Point of Phase Transition // Phys. Rev. B. 1996. V. 53. P. 4386.

  33. Ликальтер А.А. О критических параметрах металлов // ТВТ. 1985. Т. 23. № 3. С. 465.

  34. Hess H., Schneidenbach H., Kloss A. Critical Point and Metal–Nonmetal Transition in Expanded Liquid Metals // Phys. Chem. Liq. 1999. V. 37. № 6. P. 719.

  35. Hess H., Schneidenbach H. Vapor Pressure and Critical Data for Uranium // Int. J. Mater. Res. 2001. V. 92. № 4. P. 399.

  36. Mazevet S., Desjarlais M.P., Collins L.A., Kress J.D., Magee N.H. Simulations of the Optical Properties of Warm Dense Aluminum // Phys. Rev. E. 2005. V. 71. P. 016409.

  37. Li D., Liu H., Zeng S., Wang C., Wu Z., Zhang P., Yan J. Quantum Molecular Dynamics Study of Expanded Beryllium: Evolution from Warm Dense Matter to Atomic Fluid // Sci. Rep. 2014. V. 4. P. 5898.

  38. French M., Mattsson T.R. Thermoelectric Transport Properties of Molybdenum from ab initio Simulations // Phys. Rev. B. 2014. V. 90. P. 165113.

  39. Minakov D.V., Paramonov M.A., Levashov P.R. Ab initio Inspection of Thermophysical Experiments for Molybdenum near Melting // AIP Adv. 2018. V. 8. P. 125 012.

  40. Minakov D.V., Paramonov M.A., Levashov P.R. Consistent Interpretation of Experimental Data for Expanded Liquid Tungsten near the Liquid‒Gas Coexistence Curve // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. P. 024205.

  41. Miljacic L., Demers S., Hong Q.-J., van de Walle A. Equation of State of Solid, Liquid, and Gaseous Tantalum from First Principles // CALPHAD. 2015. V. 51. P. 133.

  42. Minakov D.V., Paramonov M.A., Levashov P.R. Thermophysical Properties of Liquid Molybdenum in the Near-critical Region Using Quantum Molecular Dynamics // Phys. Rev. B 2021. V. 103. P. 184204.

  43. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Фазовый переход пар‒жидкость (диэлектрик‒металл) в парах щелочных металлов // ЖЭТФ. 2014. Т. 145. С. 84.

  44. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Критические точки паров металлов // ЖЭТФ. 2015. Т. 148. С. 597.

  45. Khomkin A.L., Shumikhin A.S. Features of the Vapor‒Liquid (Dielectric‒Metal) Phase Transition in Metal Vapors, Semiconductors, and Rare Gases // Contrib. Plasma Phys. 2016. V. 56. P. 228.

  46. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Проводимость паров металлов в критической точке // ЖЭТФ. 2016. Т. 150. С. 1020.

  47. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Газообразный металл и проблема перехода пар‒жидкость (диэлектрик‒металл) в парах металлов // ЖЭТФ. 2020. Т. 157. С. 717.

  48. Khomkin A.L., Shumikhin A.S. Is the Atomic Metal Vapor a Dielectric State? // Phys. Scr. 2021. V. 96. № 3. P. 035806.

  49. Banerjia A., Smith J.R. Origins of the Universal Binding-energy Relation // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. P. 6632.

  50. Rose J.H., Smith J.R., Guinea F., Ferrante J. Universal Features of the Equation of State of Metals // Phys. Rev. B. 1984. V. 29. P. 2963.

  51. Kittel C. Introduction to Solid State Physics. N.Y.: Wiley, 1971.

  52. Jones M.D., Boettger J.C., Albers R.C., Singh D.J. Theoretical Atomic Volumes of the Light Actinides // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. P. 4644.

  53. Clementi E., Roetti C. Roothaan–Hartree–Fock Atomic Wavefunctions Basis Functions and Their Coefficients for Ground and Certain Excited States of Neutral and Ionized Atoms, Z ≤ 54 // At. Data Nucl. Data Tables. 1974. V. 14. P. 177.

  54. Clementi E., Raimondi D.L., Reinhardt W.P. Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons // J. Chem. Phys. 1967. V. 47. P. 1300.

  55. Мартынюк М.М. Оценка критической точки металлов на основе обобщенного уравнения Ван-дер-Ваальса // ЖФХ. 1998. Т. 72. С. 19.

  56. Likalter A.A. Electric Conductivity of Expanded Transition Metals // Phys. Scr. 1997. V. 55. P. 114.

  57. Gathers G.R., Shaner J.W., Young D.A. Experimental, Very High-Temperature, Liquid-uranium Equation of State // Phys. Rev. Lett. 1974. V. 33. P. 70.

  58. Schröer W., Pottlacher G. Estimation of Critical Data and Phase Diagrams of Pure Molten Metals // High Temp.‒High Press. 2014. V. 43. P. 201.

  59. Hodgson W.M. PhD Thesis. Livermore: University of California, 1978.

  60. Gathers G.R. Correction of Specific Heat in Isobaric Expansion Data // Int. J. Thermophys. 1983. V. 4. P. 149.

  61. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Процессы термической и “холодной” ионизации паров металлов в окрестности критических точек перехода пар‒жидкость // ТВТ. 2021. Т. 59. № 6. С. 805.

  62. Regel A.R., Ioffe A.F. Non-Crystalline, Amorphous, and Liquid Electronic Semiconductors // Prog. Semicond. 1960. V. 4. P. 237.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплофизика высоких температур

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал