CC BY
51
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №11_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.66287 : 669.017.1
Х.А.Рахимов, В.Д.Абулхаев, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев, С.О.Убайдов,
Х.Х.Назаров
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ И НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ СИСТЕМЫ Са5Б13 - ЕГ5Б13
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
В статье приведены результаты исследования диаграммы состояния системы Gd5Bi3 -Er5Bi3. Установлено, что концентрационная зависимость удельного электросопротивления и термоэлектродвижущая сила (термо-э.д.с.) твёрдых растворов Gd5-xErxBi3 (х= 0.5-4.5) коррелирует с диаграммой состояния системы Gd5Bi3 - Er5Bi3. Кристаллохимические исследования показали, что твёрдые растворы системы Gd5Bi3 - Er5Bi3 кристаллизуются в ромбической структуре типа Y5Bi3.
Ключевые слова: диаграмма состояния - синтез - сплавы - твёрдые растворы - удельное электросопротивление - термо-э.д.с.
Ранее диаграммы состояния систем Gd - Bi и Er - Bi в полном диапазоне концентраций были исследованы в [1,2]. В системах Gd - Bi и Er - Bi установлено образование соединений Gd5Bi3, Gd4Bi3, GdBi, GdBi2, Er5Bi3 и ErBi. Соединения Gd5Bi3, Gd4Bi3, GdBi2 и Er5Bi3 при 1753, 1853 1183 и 1723 К, соответственно, плавятся инконгруэнтно. GdBi и ErBi при 2043 и 2073 К, соответственно, плавятся конгруэнтно.
Исследования, связанные с изучением взаимодействия в системах Ln5Bi3 - Ln5Bi3 ^п = Gd, ТО, Dy, Er, Tm, Lu), представляются актуальной задачей. На основе указанных висмутидов возможно создание, например, новых материалов с повышенными электрофизическими и магнитными свойствами.
Целью настоящей работы явилось исследование диаграммы состояния системы Gd5Bi3- Er3Bi3, а также концентрационной зависимости электрофизических свойств (удельное электросопротивление и термо-э.д.с.) и микротвёрдости сплавов данной системы при комнатной темпеатуре.
Сплавы системы Gd5Bi3- Er5Bi3 получали следующим образом. Рассчитанные количества порошков предварительно синтезированных висмутидов - Gd5Bi3 и Er5Bi3 смешивали, спрессовывали в цилиндрический штабик и помещали в герметичный молибденовый тигель. Затем тигель с образцом подвергали нагреванию (со скоростью 5-10 К/мин) в среде гелия марки ВЧ. Оптимальная температура синтеза составляла 1573±50 К. При этой температуре образцы выдерживали 2-4 часa. После чего тигель с веществом охлаждали до комнатной температуры.
Диаграмму состояния системы Gd5Bi3 - Er5Bi3 исследовали методами дифференциального термического (ДТА), рентгенофазового (РФА) и металлографического анализов по методике, приведённой в [3], а также с привлечением дополнительных методов исследования - измерения концен-
Адрес для корреспонденции: Абулхаев Владимир Джалолович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АНРТ. E-mail: [email protected]
трационной зависимости удельного электоросопротивления, термо-э.д.с. и микротвердости сплавов при комнатной температуре.
Плотность сплавов определяли пикнометрическим методом в толуоле по стандартной методике, а также рассчитывали по рентгеновским данным.
Удельное электросопротивление и термо-э.д.с. сплавов как при комнатной температуре, так и в диапазоне температур 298-773 К измеряли четырёхконтактным методом. Относительная погрешность при измерении удельного электротивления составляла ±2.5%, а термо-э.д.с. ±2%.
Диаграмма состояния системы Gd5Bi3 - Er5Bi3, построенная по совокупности экспериментальных данных (рис.1), свидетельствует о неограниченной взаимной растворимости компонентов -Gd5Bi3 и Er5Bi3 как в жидком, так и в твёрдом состоянии. При этом рентгенофазовый и металлографический анализы указывают на образование во всем исследованном диапазоне концентраций твёрдых растворов замещения Gd5_хErxBi3 (х = 0.5-4.5), кристаллизующихся в ромбической структуре типа Y5Bi3 и изоструктурных с исходными компонентами - Gd5Bi3 и Er5Bi3, (табл.).
МОЛ. %
Рис.1. Диаграмма состояния системы Gd5Bi3 - бг5б13.
На образование в системе Gd5Bi3 - Бг5Б^ твёрдых растворов, с нашей точки зрения, благоприятствуют два фактора: размерный - близость значений атомных радиусов Gd и Ег, которые составляют 0.1801 и 0.1756 нм [4] соответственно; структурный - изоструктурность Gd5Bi3 и Ег5Б^.
Концентрационные зависимости удельного электросопротивления и термо-э.д.с твёрдых растворов Gd5_xErxBi3 (х = 0.5-4.5), при комнатной температуре (рис. 2. а, б.) коррелируют с диаграммой состояния системы Gd5Bi3 - Бг5Б^, поскольку изменяются почти линейно. При этом удельное элек-
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2013, том 56, №11
тросопротивление твёрдых растворов Gd5-xErxBi3 (х = 0.5-4.5) изменяется в пределах (4.25^7.42)-10-6 Омм, а термо-э.д.с. (-6.5) ^ (-11.5) мкВ/К, что свидетельствует об их металлической проводимости.
Таблица
Кристаллохимические характеристики висмутидов и твёрдых растворов Gd5-xErxBi3 (х = 0.5-4.5)
Соединения и твёрдые растворы Параметр элементарной ячейки, ±0.0005 нм Плотность, кг/м3
а в с расчёт. экспер.
Оа5Б13 0.8245 0.9630 1.2086 9782 9776
Gd4.5Er0.5Bi3 0.8218 0.9642 1.2024 9888 9824
Оа4БгБ13 0.8206 0.9672 1.1922 9991 9938
Gd3.5Er1.5Bi3 0.8200 0.9684 1.2046 9918 9882
Gd3Er2Bi3 0.8188 0.9698 1.1886 10086 9998
Od2.5Er2.5Bi3 0.8166 0.9716 1.2182 9884 9788
Gd2Er3Bi3 0.8134 0.9744 1.1864 10195 10178
Gd1.5Er3.5Bi3 0.8124 0.9758 1.1952 10172 10158
GdEr4Bi3 0.8118 0.9782 1.1788 10313 10304
Od0.5Er4.5Bi3 0.8106 0.9794 1.1952 10209 10202
Er5Bi3 0.8086 0.9832 1.1181 10933 10926
Ъ к 1
0| . . . . еа5В13 20 40 60 80 ЕгвВ|, мол. %
Рис. 2. Концентрационные зависимости удельного электросопротивления (а), термо-э.д.с. (б) и микротвёрдости (в) твёрдых растворов О^Б^Б^ (х= 0.5-4.5) при 298 К.
Концентрационная зависимость микротвёрдости твёрдых растворов системы Gd5Bi3- Ег5Б^ описывается с максимумом, который приходится на твёрдый раствор, содержащий 40 мол.% Ег5В^. Следует отметить, что аналогичный характер изменения концентрационной зависимости микротвёрдости, являющейся функцией состава, обычно типичен металлическим системам [5].
Поступило 28.08.2013 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абулхаев В.Д. Диаграмма состояния Gd - Bi. - Изв. РАН. Металлы, 1993, №1, с. 187-190.
2. Абулхаев В.Д. Диаграмма состояния Er - Bi. - Неорган. материалы, 1992, №10/11, с. 2111-2115.
3. Абулхаев В.Д. Синтез и физико-химические свойства сплавов и соединений редкоземельных элементов с сурьмой и висмутом: Автореф. дисс...д.х.н. - Душанбе, 1996, 48 с.
4. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов. - М., 1975, 259 с.
5. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвёрдость металлов и полупроводников. - М.: Металлургия, 1969, 248 с.
Х.А.Рахимов, В.Д.Абулхаев, И.Н.Ганиев, С.О.Убайдов
ДИАГРАММАИ ХОЛАТ ВА БАЪЗЕ ХОСИЯТХОИ ФИЗИКИИ МАХДУЛХОИ САХТИ СИСТЕМАИ GdsBis - ErsBis
Институти химияи ба номи В.И. Никитини Акдемияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон
Дар маколаи мазкур натичаи тахкикоти диаграммаи холати GdsBis - БгбЫэ оварда шуда-аст. Муайян карда шудааст, ки вобастагии консентратсионии муковимати хоси электрикй ва кувваи гармо- электрохаракатдихандаи махлулхои сахти Gd5-xErxBi3 (х= 0.5-4.5) сохти диаграммаи холати системаи Gd5Bi3 - Er5Bi3 тасдик мекунанд. Тащили кристаллохимиявй нишон дод, ки махлулхои сахти Gd5-xErxBi3 (х= 0.5-4.5) системаи Gd5Bi3 - Er5Bi3 дар панчараи ромбии на-муди Y5Bi3. кристаллизатсия мешаванд.
Калима^ои калиди: диаграммаи уолат - синтез - хулауо - маулулуои сахт муцовимати хоси электрики - цувваи гармоэлектроуаракатдиуанда.
Kh.A.Rakhimov, V.D.Abulkhaev, I.N.Ganiev, S.O.Ubaydov STATE DIAGRAM AND SOME PHYSICAL PROPERTIES OF SOLID SOLUTION
THE GdsBis - ErsBis SYSTEM
V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan The article comprises the results of investigation of state diagram Gd5Bi3 - Er5Bi3 system. Constated that concentration dependence resistivity and thermoelecric power measurements of solid solutions are consistent with state diagram Gd5Bi3 - Er5Bi3 datas. Crystallochemical investigations have shown, that solid solutions Gd5-xErxBi3 (х= 0.5-4.5) of the Gd5Bi3 - Er5Bi3 system crystallizes in rhombic Y5Bi3 structural
type.
Key words: state diagram - synthes - alloys - solid solutions - resistivity - thermoelectric power-microhardnes.
