Плотность и поверхностные свойства жидких щелочных и легкоплавких металлов и сплавов (стр. 7 )

Эвтектический сплав Na–K уже применяется в качестве теплоносителя в космических ядерных установках [19]. Весьма перспективными для этой цели считаются Li, сплавы Li–Na и Li–Pb эвтектического состава [20, 21].

10.2. Плотность и мольные объемы жидких тройных сплавов сечений, идущих к вершине калия треугольника составов системы натрий–цезий–калий

В литературе имеются результаты экспериментального определения плотности всего для трех тройных сплавов системы Na–K–Cs [5–8]. Фазовая диаграмма плавкости тройной системы натрий–калий–цезий приводится на рис. 2.2. Она эвтектическая с составом (в ат.%) 13,9 %Na+42,6 %Сs+43,5 %K и температурой плавления 195,2 К [9].

Рис. 2.2. Диаграмма состояния тройной системы Na–K–Cs.

Линии соответствуют сплавам с равными значениями

ликвидусных температур. Состав тройной эвтектики (ат.%):

13,9 % Na+43,5 % К+42,6 % Cs; Тэвт= –78,0 оС

Ниже приводятся данные по плотности и мольным объемам 72-х трехкомпонентных сплавов системы Na–Cs–K, включая экспериментальные данные по плотности 38 тройных сплавов, полученные в КБГУ за последние 10 лет.

В экспериментах тройные сплавы готовились вдоль 10 лучевых сечений, идущих от боковой стороны Na–Cs к вершине К концентрационного треугольника, путем добавления калия к сплавам, содержащим натрий и цезий с постоянным соотношением их концентраций: XNa:XCs=const. Для каждого сечения изучались плотности 5–6 сплавов, включая двойные сплавы боковых сторон треугольника составов.

Плотности щелочных металлов Na, K, Cs и сплавов их двойных систем Na–K, Na–Cs и K–Cs, образующих боковые стороны концентрационного треугольника системы Na–K–Cs, изучены в ряде работ. Результаты измерений обнаруживают разброс значений плотности, выходящий за пределы указанных в работах погрешностей определения плотности. Наиболее заметный разброс экспериментальных результатов имеет место по плотности цезия и систем Na–Cs и K–Cs.

Экспериментально измерены плотности 38 тройных сплавов системы Na–Cs–K, составы которых приведены в табл. 7 [23]. Политермы плотности тройных сплавов в изученных интервалах температур оказались линейными, и в пределах погрешности экспериментальных измерений данных передаются уравнениями вида (2.1).

Таблица 7

Содержание калия 1) в ат.% в тройных сплавах системы

Na–Cs–К, плотности которых измерялись экспериментально

№ сечения 2)	b =XNa:XCs	Номера сплавов сечения и ат.% калия в них
1	2	3	4
2 3 4	57,82 14,38 5,803	7,80 10,6 8,00	35,1 29,3 21,5	40,5 43,7 53,1	- 49,1 -
5 6 7	3,651 1,732 0,764	6,70 14,6 19,8	15,6 38,4 31,0	23,8 49,0 50,3	34,1 75,4 64,2
8 9	0,634 0,287	11,3 12,5	42,6 20,0	58,0 36,5	70,6 51,4
10 11	0,155 0,091	16,2 16,1	34,7 34,6	50,5 54,5	75,3 66,3

1) Атомные концентрации цезия и натрия в сплавах вычисляются из соотношений XCs=(100–XK)/(1+b) и XNa=b×XCs.

2) Номера 1 и 12 соответствуют двойным сплавам систем Na–K и Cs–K, которые образуют стороны концентрационного треугольника системы Na–Cs–K (см. рис. 2.3)

В табл. 8 приводятся параметры уравнения (2.1) для 10 сплавов системы Na–Cs–К, составы которых выделены жирным шрифтом в табл. 7. В изученных интервалах температур относительные отклонения вычисленных по аппроксимирующему уравнению (2.1) значений плотности от экспериментальных данных не превышают 0,2 %.

Из табл. 8 видно, что температурные коэффициенты плотности отрицательны, а их абсолютные величины обнаруживают тенденцию к увеличению с уменьшением b=XNa:XCs, т. е. при обогащении тройных сплавов цезием. Эта же тенденция имеет место и для сплавов двойных эвтектических систем (см. табл. 6). В целом следует отметить активное влияние компонента цезия на физико-химические свойства сплавов – плотность, поверхностное натяжение, работу выхода электрона, электропроводность и др.

Таблица 8

Параметры уравнения

для 10 тройных сплавов системы Na–Cs–К. Параметр Т0=293 К

№ сечения	b =XNa:XCs	ат.% К 1)	ρ0, кг/м3	-a, кг/(м3К)
2	57,82	40,5	909,2	0,230
3	14,38	43,7	967,3	0,240
4	5,803	53,1	1013,0	0,290
5	3,651	23,8	1290,9	0,440
6	1,732	75,4	1005,6	0,450
7	0,764	31,0	1475,9	0,480
8	0,634	11,3	1692,7	0,472
92)	0,287	36,5	1465,6	0,450
10	0,155	16,2	1718,7	0,545
11	0,091	66,3	1315,2	0,420

1) Атомные концентрации натрия и цезия в сплавах вычисляются, как в табл. 7.

2) Сплав, состав которого близок к составу эвтектики.

Построены изотермы плотности сплавов боковых сторон Na–K и Cs–K и всех 10 сечений треугольника составов для температур 293, 333 и 373 К (Приложение 5). Плотности ряда тройных сплавов сечений определены методом графической экстраполяции экспериментальных кривых. Изотермы плотности при температуре 373 К представлены на рис. 2.3. Полные экспериментальные данные о и рассчитанные по этим данным мольные объемы при температуре 373 К приводятся в табл. 9. В табл. 10 приводятся значения плотности и мольных объемов тройных сплавов точек пересечений лучевых разрезов, идущих к вершинам K и Cs концентрационного треугольника системы Na–Cs–K, при 373 К.

Рис. 2.3. Изотермы плотности сплавов системы Na–Cs–К при 373 К:

1 и 12 – изотермы плотности сплавов двойных систем Na–K и Cs–K;

2–11 – изотермы плотности тройных сплавов сечений с XNa:XCs=b. Точки на линиях - составы экспериментально изученных

тройных сплавов (см. табл. 8)

Таблица 9

Плотности r (кг/м3) и мольные объемы V×106 (м3/моль) тройных сплавов1) лучевых разрезов

с соотношениями XNa:XCs=b треугольника составов системы Na–Cs–K при 373 K в зависимости

от концентраций калия (ат.%), определенные экспериментально

XNa :XCs=b b=	98,3:1,7 57,82	93,5:6,5 14,38	85,3:14,7 5,80	78,5:21,5 3,65	63,4:36,6 1,73	43,3:56,7 0,764	38,8:61,2 0,634	22,3:77,7 0,287	13,4:86,6 0,155	8,3:91,7 0,091
0	XCs ρ V	1,7 970 25,63	6,5 1094 27,55	14,7 1278 30,66	21,5 1390 33,06	36,6 1564 40,42	61,2 1724 52,35	61,2 1724 52,35	77,7 1774 61,09	86,58 1784 66,22	91,67 1794 68,98
10	XCs ρ V	1,53 948 27,72	5,85 1060 29,27	13,23 1214 32,24	19,35 1334 34,38	32,94 1470 41,37	51,03 1608 50,18	55,08 1642 51,85	69,93 1690 60,03	77,92 1716 64,25	82,50 1738 66,33
20	XCs ρ V	1,36 926 29,92	5,20 1025 31,15	11,76 1160 33,74	17,20 1267 35,62	29,28 1384 42,19	45,36 1520 50,04	48,96 1558 51,36	62,16 1606 58,86	69,26 1642 62,60	73,34 1674 63,81
30	XCs ρ V	1,19 908 32,08	4,55 990 33,15	10,29 1106 35,38	15,05 1202 36,90	25,62 1305 42,90	39,69 1434 49,83	42,84 1470 50,96	54,39 1520 57,67	60,61 1562 60,46	64,17 1602 61,39
40	XCs ρ V	1,02 890 34,34	3,90 961 35,09	8,82 1056 37,05	12,90 1131 38,60	21,96 1227 43,67	34,02 1346 49,64	36,72 1388 50,28	46,62 1433 56,29	51,95 1478 58,55	55,01 1522 59,00

Продолжение таблицы 9   50	XCs ρ V	0,850 876 36,51	3,25 936 36,99	7,35 1008 38,81	10,75 1076 39,82	18,30 1150 44,49	28,35 1258 49,44	30,60 1302 49,68	38,85 1343 54,91	43,29 1394 56,40	45,84 1440 56,55
60	XCs ρ V	0,680 864 38,66	2,60 910 39,02	5,88 967 40,46	8,60 1016 41,48	14,64 1078 45,22	22,68 1166 49,38	24,48 1205 49,45	31,08 1254 53,28	34,63 1306 54,15	36,67 1346 54,21
70	XCs ρ V	0,510 852 40,88	1,95 886 41,09	4,41 928 42,14	6,45 964 42,96	10,98 1006 46,05	17,01 1076 49,22	18,36 1106 49,26	23,31 1157 51,76	25,97 1202 52,23	27,51 1234 52,27
80	XCs ρ V	0,340 840 43,15	1,30 860 43,38	2,94 890 43,94	4,30 910 44,50	7,32 942 46,62	11,34 990 48,83	12,24 1010 48,87	15,54 1062 49,86	17,32 1100 49,94	18,34 1122 49,95
90	XCs ρ V	0,170 828 45,50	0,650 838 45,59	1,47 854 45,79	2,15 862 46,2	3,66 880 47,17	5,67 903 48,42	6,12 912 48,50	7,77 945 48,71	8,66 964 48,76	9,17 986 48,75
100	XCs ρ V	0 818,3 47,78	0 818,3 47,78	– – –	– – –	– – –	– – –	0 818,3 47,79	– – –	0 818,3 47,79	0 818,3 47,78

1) Значения XNa в ат. % определяются соотношением