Гексаферрум и эпсилон-железо (ε-Fe) являются синонимами гексагональной плотноупакованной (HCP) фазы железа , которая стабильна только при чрезвычайно высоком давлении.
В исследовании 1964 года в Университете Рочестера смешали порошок альфа-железа чистотой 99,8% с хлоридом натрия и спрессовали гранулу диаметром 0,5 мм между плоскими гранями двух алмазных наковальнь. Деформация решетки NaCl, измеренная методом рентгеновской дифракции (РФА), служила индикатором давления. При давлении 13 ГПа и комнатной температуре порошок объемно-центрированного кубического феррита (BCC) трансформировался в фазу HCP (рис. 1). При понижении давления ε-Fe быстро превращался обратно в феррит (α-Fe). Было измерено удельное изменение объема -0,20 см 3 /моль ± 0,03. Гексаферрум, как и аустенит , более плотен, чем феррит на границе фаз. Эксперимент с ударной волной подтвердил результаты, полученные с алмазной наковальней. Эпсилон был выбран в качестве новой фазы, соответствующей форме кобальта HCP . [1]
Тройная точка между альфа-, гамма- и эпсилон-фазами на однонарной фазовой диаграмме железа рассчитана как Т = 770 К и Р = 11 ГПа [2] , хотя она была определена при более низкой температуре Т = 750 К (477 °C) на рисунке 1. Символ Пирсона для гексаферрума — hP2 , а его пространственная группа — P6 3 /mmc . [3] [4]
Другое исследование, посвященное металлографическому превращению феррит-гексаферрум, установило, что это мартенситное , а не равновесное превращение. [5]
Хотя гексаферрум имеет чисто академическое значение в металлургическом машиностроении , он может иметь значение и в геологии . Давление и температура железного ядра Земли составляют порядка 150–350 ГПа и 3000 ± 1000 °C. Экстраполяция границы фаз аустенит-гексаферрум на рисунке 1 предполагает, что гексаферрум может быть стабильным или метастабильным в ядре Земли. [1] По этой причине во многих экспериментальных исследованиях изучались свойства железа HCP при экстремальных давлениях и температурах. На рисунке 2 показано поведение ε-железа при сжатии при комнатной температуре до давления, которое наблюдается на полпути через внешнее ядро Земли; нет точек при давлениях ниже примерно 6 ГПа, поскольку этот аллотроп не термодинамически стабилен при низких давлениях, но будет медленно превращаться в α-железо.