Синтез монокристаллов. Под руководством чл.-корр. АН Н. А. Торопова в 1949 г. были начаты фундаментальные исследования фазовых равновесий в поликомпонентных системах из тугоплавких окислов. Исследованиями охватывались равновесия твердых фаз с расплавами (нередко при температурах весьма высоких — 2000° и более), а также равновесия в субсолидусной области.

Для решения этой задачи созданы оригинальные установки и приборы (высокотемпературная печь Галахова, высокотемпературные приставки к микроскопам и рентгеновским установкам). После изучения ряда «классических» окисных систем, важных для цементной, огнеупорной и керамической технологии, по инициативе Н. А. Торопова все усилия были сосредоточены на исследовании систем, включающих окислы редкоземельных и редких элементов, что было связано с широкими перспективами применения соответствующих материалов в различных отраслях новой техники. Это также открывало возможность установления обобщений крупного научного значения в связи с особенностями электронного строения редкоземельных элементов, наличием глубокой аналогии в химических свойствах их соединений и возможностью изучения поведения элементов в различных валентных состояниях.

С самого начала исследования в этой области были поставлены комплексно, с привлечением к решению проблемы многих лабораторий. Работы начались с изучения диаграмм состояния бинарных систем: окисел редкоземельного, глинозем. С 1968 г. под руководством докт.

хим. наук И. А. Бондарь ведутся исследования германатов, титанатов, цирконатов, ванадатов, ниобатов редкоземельных элементов. Получено большое количество соединений, изучена их структура методами рентгенографии и инфракрасной спектроскопии; методами ЯМР и ЭПР изучено электронное строение и влияние примесей на это строение. Знание основных структурных типов окисных соединений редкоземельных элементов позволило выявить зависимости физических свойств (оптических, магнитных, электрических и механических) от химической природы и создать необходимые для новой техники материалы с заданными свойствами (люминофоры, радиокерамические материалы, термоцементы).

Впервые получены многочисленные «чистые» и активированные монокристаллы. Принципиально новый прием выращивания монокристаллов сложных окислов методом зонной плавки с помощью электроннолучевой пушки является также и методом изучения диаграмм состояния систем тугоплавких окислов и установления характера плавления соединений (Ю. П. Удалов). В результате систематических исследований и обобщений установлены закономерности образования отдельных фаз, выявлена взаимосвязь между фазовым составом, строением и свойствами соединений, подробно рассмотрены факторы, влияющие на характер образования разных типов соединений и их стабильность, определены области существования твердых растворов и их полиморфные разновидности, изучено явление упорядоченности в различных системах.

Итоги проведенной работы по окисным соединениям редкоземельных элементов, в которых участвовали И. А. Бондарь, В. А. Иоффе, Ф. Я. Галахов, Р. Г. Гребенщиков, А. Н. Лазарев, 10. П. Удалов, А. И. Бойкова, А. К. Ширвинская, Ю. И. Смолин, К. А. Добровольский и др., обобщены в монографии «Силикаты редкоземельных элементов и их аналоги» (авторы Н. А. Торопов, И. А. Бондарь, А. Н. Лазарев, Ю. И. Смолин), вышедшей в 1971 г. Особым разделом работ Н. А. Торопова является исследование кинетики образования окисных соединений и их взаимодействия с расплавами и растворами. Обширные работы по изучению кинетики растворения минералов цементного клинкера в расплавах привели к установлению основных закономерностей, которые удалось представить в виде новых кинетических уравнений (И. А. Бондарь, П. Ф. Румянцев, В. С. Хотимченко, Н. А. Соколова). Н. А. Торопов предпринял издание многотомного справочника «Диаграммы состояния силикатных систем».

Начиная с 3-го тома отдельные выпуски справочника выходят под редакцией докт. хим. наук В. П. Барзаковского. Работы советских ученых в области высокотемпературной химии стали широко известны после выхода книги Н. А. Торопова и В. П. Барзаковского «Высокотемпературная химия силикатных и других окисных систем» (1963 г.), переведенной на английский язык.