Density, Thermal Expansion, Enthalpy, Heat Capacity, and Thermal Conductivity of Calcium in the Temperature Range 720–1290 K

R. N. Abdullaev; Абдуллаев Р. Н.; R. A. Khairulin; Хайрулин Р. А.; A. Sh. Agazhanov; Агажанов А. Ш.; A. R. Khairulin; Хайрулин А. Р.; Yu. M. Kozlovskii; Козловский Ю. М.; D. A. Samoshkin; Самошкин Д. А.

doi:10.31857/S0044457X22601638

Density, Thermal Expansion, Enthalpy, Heat Capacity, and Thermal Conductivity of Calcium in the Temperature Range 720–1290 K

Authors: Abdullaev R.N.¹, Khairulin R.A.¹, Agazhanov A.S.¹, Khairulin A.R.¹, Kozlovskii Y.M.¹, Samoshkin D.A.¹
Affiliations:
1. Kutateladze Institute of Thermophysics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 68, No 2 (2023)
Pages: 158-166
Section: СИНТЕЗ И СВОЙСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
URL: https://ruspoj.com/0044-457X/article/view/665299
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X22601638
EDN: https://elibrary.ru/LRJQST
ID: 665299

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

Thermophysical properties of solid and liquid calcium (99.75 wt % pure) were experimentally studied with high accuracy in the temperature range 720–1290 K using dilatometer measurements, gamma-ray attenuation measurements (the gamma-ray method), high-temperature drop calorimetry, and the laser flash method. The behaviors of the density, enthalpy, and thermal conductivity of calcium in the fusion–crystallization region were studied. The enthalpy of fusion was measured as 8075 J/mol, the relative density change upon fusion as 3.3%, and the relative change in thermal conductivity upon fusion as 26%. The results were compared to the respective values in the related literature. The measurements at temperatures above 720 K either significantly amend the available literature data, or are currently unique. The constancy of the heat capacity of liquid calcium in the temperature range 1115–1290 K was verified. Fitting equations were derived, and recommended values of the investigated properties of calcium were tabulated for 720–1290 K, the temperature range where calcium is in the condensed state.

Keywords

calcium, solid state, liquid state, melting, thermophysical properties

References

Song J., She J., Chen D. et al. // J. Magnesium Alloys. 2020. V. 8. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jma.2020.02.003
Aljarrah M., Medraj M. // Calphad. 2008. V. 32. № 2. P. 240. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2007.09.001
Deng M., Höche D., Lamaka S.V. et al. // J. Power Sources. 2008. V. 396. P. 109. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.05.090
Li Z., Gu X., Lou S. et al. // Biomaterials. 2008. V. 29. № 10. P. 1329. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.12.021
Terashita N., Akiba E. // Mater. Trans. 2004. V. 45. № 8. P. 2594. https://doi.org/10.2320/matertrans.45.2594
Chino Y., Ueda T., Kado M. et al. // Mater. Trans. 2011. V. 52. № 9. P. 1840. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2011109
Terada Y., Tsukahara M., Shibayama A. et al. // Scr. Mater. 2011. V. 64. № 11. P. 1039. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.02.016
Alcock C.B., Chase M.W., Itkin V. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1993. V. 22. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1063/1.555935
Шпильрайн Э.Э., Каган Д.Н., Ульянов С.Н. Термодинамические функции элементов подгруппы щелочноземельных металлов (теплоемкость, энтальпия, энтропия энергия Гиббса). Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. № 3(59). М.: ИВТАН, 1986. 77 с.
Touloukian Y.S., Kirby R.K., Taylor R.E. Thermophysical properties of matter. V. 12. N.Y.: Plenum Press, 1975. 1442 p.
Touloukian Y.S., Powell R.W., Ho C.Y., Nicolaou M.C. Thermophysical properties of matter. V. 10. N.Y., Washington: Plenum Press, 1973. 748 p.
Touloukian Y.S., Powell R.W., Ho C.Y., Nicolaou M.C. Thermophysical properties of matter. V. 1. N.Y., Washington: Plenum Press, 1970. 1595 p.
Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1989. 384 с.
Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974. 294 с.
Ho C.Y., Powell R.W., Liley P.E. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1972. V. 1. P. 279. https://doi.org/10.1063/1.3253100
Bridgman P.W. // Proc. Am. Acad. Arts Sci. 1923. V. 58. № 5. P. 1153. https://doi.org/10.4159/harvard.9780674287815.c14
Smith J.F., Carlson O.N., Vest R.W. // J. Electrochem. Soc. 1956. V. 103. № 7. P. 409. https://doi.org/10.1149/1.2430364
Schottmiller J.C., King A.J., Kanda F.A. // J. Phys. Chem. 1958. V. 62. № 11. P. 1446–1449. https://doi.org/10.1021/j150569a024
Bernstein B.T., Smith J.F. // Acta Crystallogr. 1959. V. 12. № 5. P. 419. https://doi.org/10.1107/S0365110X59001268
Peterson D.T., Fattore V.G. // J. Phys. Chem. 1961. V. 65. № 11. P. 2062. https://doi.org/10.1021/j100828a034
Шпильрайн Э.Э., Фомин В.А., Качалов В.В. // ТВТ. 1986. Т. 24. № 2. С. 259.
Hiemstra S., Prins D., Gabrielse G. et al. // Phys. Chem. Liq. 1977. V. 6. № 4. P. 271. https://doi.org/10.1080/00319107708084145
Bohdansky J., Schins H.E.J. // JINC. 1968. V. 30. № 9. P. 2331. https://doi.org/10.1016/0022-1902(68)80241-6
Culpin M. F. // Proc. Phys. Soc. 1957. V. 70. № 11. P. 1079. https://doi.org/10.1088/0370-1301/70/11/308
Ульянов С.Н. Термодинамические свойства щелочноземельных металлов при высоких температурах (разработка метода, экспериментальное исследование, таблицы рекомендуемых данных в твердой и жидкой фазах). Автореф. дис. М.: ИВТАН, 1985.
Cook J.G., Laubitz M.J., Meer M.P.V. // Can. J. Phys. 1975. V. 53. № 5. P. 486. https://doi.org/10.1139/p75-062
Cook J.G., Meer M.P.V. // J. Phys. F: Metal Phys. 1973. V. 3. P. L130. https://doi.org/10.1088/0305-4608/3/8/002
Abdullaev R.N., Khairulin R.A., Kozlovskii Yu.M. et al. // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2019. V. 29. № 3. P. 507–514. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)64959-9
Abdullaev R.N., Agazhanov A.Sh., Khairulin A.R. et al. // J. Eng. Thermophys. 2022. V. 31. № 3. P. 384. https://doi.org/10.1134/S181023282203002X
SpringerMaterials–properties of materials, https://materials.springer.com/
Kozlovskii Yu.M., Stankus S.V. // High Temp. 2014. V. 52. № 4. P. 536. https://doi.org/10.1134/S0018151X1403016X
Abdullaev R.N., Kozlovskii Yu.M., Khairulin R.A. et al. // Int. J. Thermophys. 2015. V. 36. № 4. P. 603. https://doi.org/10.1007/s10765-015-1839-x
Stankus S.V., Khairulin R.A. // High Temp. 1992. V. 30. № 3. P. 386.
Stankus S.V., Savchenko I.V., Yatsuk O.S. // Instrum. Exp. Tech. 2017. V. 60. № 4. P. 608. https://doi.org/10.1134/S0020441217030265
Stankus S.V., Savchenko I.V., Yatsuk O.S. // High Temp. 2018. V. 56. № 1. P. 33. https://doi.org/10.1134/S0018151X18010170
Parker W.J., Jenkins R.J., Butler C.P. et al. // J. Appl. Phys. 1961. V. 32. № 9. P. 1679. https://doi.org/10.1063/1.1728417
Cape J.A., Lehman G.W. // J. Appl. Phys. 1963. V. 34. № 7. P. 1909. https://doi.org/10.1063/1.1729711
Blumm J., Opfermann J. // High Temp.-High Press. 2002. V. 34. № 5. P. 515.
Stankus S.V., Savchenko I.V. // Thermophys. Aeromech. 2009. V. 16. № 4. P. 585. https://doi.org/10.1134/S0869864309040076
Agazhanov A.Sh., Abdullaev R.N., Samoshkin D.A. et al. // Fusion Eng. Des. 2020. V. 152. P. 111456-1. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2020.111456
Пелецкий В.Э., Чеховской В.Я., Латыев Л.Н. и др. Теплофизические свойства молибдена и его сплавов: Справочник / Под ред. Шейндлина А.Е. М.: Металлургия, 1990. 302 с.
Савченко И.В. Измерение температуропроводности твердых материалов методом лазерной вспышки // Материалы 12-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-12), АСФ России, Екатеринбург, Новосибирск, 2006, С. 287.
Тонков Е.Ю. Фазовые диаграммы элементов при высоком давлении. М.: Наука, 1979. 192 с.