Thermal equation of state to 33.5 GPa and 1673 K and thermodynamic properties of tungsten

热力学 德拜模型 状态方程 Grüneisen参数 热膨胀 化学 热弹性阻尼 黛比 材料科学 热的 物理 有机化学
作者
Konstantin D. Litasov,Pavel N. Gavryushkin,Peter I. Dorogokupets,Igor S. Sharygin,Anton Shatskiy,Yingwei Fei,Sergey V. Rashchenko,Yurii V. Seryotkin,Y. Higo,Ken‐ichi Funakoshi,Eiji Ohtani
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:113 (13) 被引量:28
标识
DOI:10.1063/1.4799018
摘要

A comprehensive P-V-T dataset for bcc-tungsten was obtained for pressures up to 33.5 GPa and temperatures 300–1673 K using MgO and Au pressure scales. The thermodynamic analysis of these data was performed using high-temperature (HT) and Mie-Grüneisen-Debye (MGD) relations combined with the Vinet equations of state (EOS) for room-temperature isotherm and the newly proposed Kunc-Einstein (KE) EOS. The KE EOS allowed calibration of W thermodynamic parameters to the pressures of at least 300 GPa and temperatures up to 4000 K with minor uncertainties (<1% in calculated volume of W). A detailed analysis of room-temperature compression data with Vinet EOS yields V0 = 31.71 ± 0.02 Å3, KT = 308 ± 1 GPa, and KT′ = 4.20 ± 0.05. Estimated thermoelastic parameters for HT include (∂KT/∂T)P = −0.018 ± 0.001 GPa/K and thermal expansion α = a0 + a1T with a0 = 1.35 (±0.04) × 10−5 K−1 and a1 = 0.21 (±0.05) × 10−8 K−2. Fitting to the MGD relation yielded γ0 = 1.81 ± 0.02 and q = 0.71 ± 0.02 with the Debye temperature (θ0,) fixed at 370–405 K. The parameters for KE EOS include two Einstein temperatures, ΘE1o = 314 K and ΘE2o = 168 K, Grüneisen parameter at ambient condition γ0 = 1.67 and infinite compression γ∞ = 0.66, with β = 1.16 (which is a power-mode parameter in the Grüneisen equation), anharmonicity (m = 3.57) and electronic (g = 0.11) equivalents of the Grüneisen parameter, and additional parameters for intrinsic anharmonicity, a0 = 6.2 × 10−5 K−1, and electronic contribution, e0 = 4.04 × 10−5 K−1 to the free energy. Fixed parameters include k = 2 in KE EOS and mE1 = mE2 = 1.5 in expression for Einstein temperature. Present analysis should represent the best fit of the experimental data for W and can be used for a variety of thermodynamic calculations for W and W-containing systems including phase diagrams, chemical reactions, and electronic structure.

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