Abstract
In situ X-ray diffraction experiments at high pressure were carried out up to 8.9 GPa and 1100 °C to study phase transformations of iron and two iron-silicon alloys Fe0.91Si0.09 and Fe0.83Si0.17. For iron, the transformation from the bcc phase to the fcc phase was observed at pressures 3.8–8.2 GPa and temperatures that are consistent with previous in situ X-ray diffraction studies. Reversal of the transformation of iron was found to be sensitive to temperature; hysteresis of the transformation increased from 25 °C at 3.8 GPa to 100 °C at 7.0 GPa, primarily because the bcc-fcc phase boundary has a negative Clayperon slope. In the binary system Fe-Si, the observations of the present study indicate that the ferrite (bcc phase)-stabilizing behavior of silicon persists at high pressures and that the maximum solubility of silicon in the fcc phase increases with increasing pressure: (1) the transformation from the bcc phase to the fcc phase was observed in Fe0.91Si0.09 at 6.0, 7.4 and 8.9 GPa and the temperatures measured at the onset of the transformations were 300 °C higher than those in iron at similar pressures, (2) the transformation rate in Fe0.91Si0.09 was extremely sluggish compared to that of iron, and (3) the bcc-fcc phase transformation was not observed in Fe0.91Si0.09 at 4.7 GPa up to 1000 °C and in Fe0.83Si0.17 at 8.2 GPa and 1100 °C.
Highlights
Аннотация: На основе свободной энергии Гельмгольца построено уравнение состояния железа с объемноцентрированной кубической решеткой путем одновременной оптимизации ультразвуковых, рентгеновских, дилатометрических и термохимических измерений в температурном интервале от 100 К до температуры плавления и до давления 15 ГПа
Подгоночные параметры уравнения состояния bccFe были получены путем одновременной оптимизации экспериментальных измерений теплоемкости, объема, теплового расширения, адиабатического модуля сжатия при атмосферном давлении и экспериментальных измерений P–V–T соотношений на комнатной изотерме и при повышенных температурах
Self-consistent pressure scales based on the equations of state for ruby, diamond, MgO, B2-NaCl, as well as Au, Pt, and other metals to 4 Mbars and 3000 K
Summary
Железо является главным компонентом ядра Земли, поэтому знание его P-V-T и термодинамических свойств очень важно для понимания глубинной тектонофизики и физико-химических процессов в недрах Земли [Funtikov, 2000, 2003; Bazhanova et al, 2012; Hirose et al, 2013; Medvedev, 2014]. При низких температурах и возрастании давления железо (bcc-Fe) трансформируется в фазу ε-Fe c объемно-центрированной кубической решеткой (hcp-Fe). Термодинамические свойства железа с объемно-центрированной кубической решеткой в зависимости от температуры и давления являются ключевыми при оценке термодинамических свойств фаз железа, устойчивых при высоких давлениях, поэтому очень важно знать аналитическую зависимость свободной энергии, энергии Гиббса, энтропии, теплоемкости, модулей сжатия и других функций от температуры и давления. В настоящей работе будем использовать другой подход, основанный на полуэмпирическом представлении зависимости свободной энергии Гельмгольца от температуры и объема, который был апробирован на примере ряда металлов, алмаза и периклаза [Dorogokupets et al, 2012; Sokolova et al, 2013]. Полученное уравнение состояния позволит рассчитать любые термодинамические функции железа с объемно-центрированной кубической решеткой в зависимости от температуры и объема или от температуры и давления, в том числе и сейсмический параметр, который рассчитывается как отношение адиабатического модуля сжатия к плотности
Sign-in/Register to view highlights & summary Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callDisclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
