ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА СИСТЕМЫ Sb2Te3–EuSb2 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

70

AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 3 2013

УДК 546.65:546.81:546.86.24

ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА СИСТЕМЫ Sb2Te3-EuSb2

Т.Ф.Максудова, Д.С.Аждарова, О.М.Алиев

Институт химических проблем им. М.Ф.Нагиева Национальной АН Азербайджана

[email protected]

Поступила в редакцию 11.07.2013

Методами физико-химического анализа (ДТА, РФА, МСА), измерением микротвердости, плотности изучена система Sb2Te3-EuSb2, которая является квазибинарным сечением тройной системы Eu-Sb-Те. Построена диаграмма состояния системы. Определены области твердых растворов.

Ключевые слова: эвтектика, электропроводность, фазовая диаграмма, квазибинарное сечение.

Изучение новых перспективных материалов, обладающих оптическими и термоэлектрическими свойствами, имеет большое значение. В связи с этим исследование системы Sb2Te3-EuSb2 представляет как научный, так и практический интерес, так как бинарные соединения, составляющие тройную систему, обладают полупроводниковыми свойствами [1, 2].

Соединение EuSb2 плавится конгруэнтно при температуре 1168 К. EuSb2 кристаллизуется в моноклинной сингонии с параметрами решетки: а=4.768А, b=4.299 A, c=8.970 А, Р=103.01А (пр. гр. P2i/m) [3].

Соединение Sb2Te3 плавится конгруэнтно при 894 К. Оно обладает ромбической решеткой типа тетрадимита Bi2Te2S с параметрами: а=4.25А, c=8.970 А [4].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Система Sb2Te3-EuSb2 исследована нами методами физико-химического анализа: дифференциально-термическим (ДТА), рентгенофазовым (РФА), микроструктурным (МСА), измерением микротвердости и определением плотности.

Термограммы записывали на низкочастотном терморегистраторе НТР-75. Дифрак-тограммы снимали на установке ДРОН-3 в Cu^-излучении с Ni-фильтром. Микротвердость образцов системы измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузках, выбранных в результате изучения микротвердости каждой фазы. МСА полированных протравленных [(K2Cr2O7 + конц. H2SO4):H2O=1:1] шлифов изучали на микроскопе МИМ-7.

Образцы для синтеза сплавляли в запаянных, предварительно откачанных до остаточного давления 10 Па кварцевых ампулах при 900-1500 К. После сплавления проводили гомогенизирующий отжиг в течение 300 ч при 650-800 К.

Результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности представлены в табл. 1.

Таблица 1. Результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности сплавов системы 8Ъ2Те3-Би8Ъ2 (после отжига)_

Состав, мол.% Термоэлектрические эффекты, К Плотность, г/см3 Микротвердость, МПа

Sb2Te3 EuSb2

100 - 894 6.67 860

99 1 890 892 6.59 890

97 3 887 890 6.59 900

95 5 850 880 6.59 1000

93 7 800 840 6.60 1000

90 10 760 810 6.60 900

85 15 780 805 6.59 900

ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА СИСТЕМЫ Sb2Teз-EuSb:

71

Таблица 1. (Продолжение)

Состав, мол.% Термоэлектрические эффекты, К Плотность, г/см3 Микротвердость, МПа

Sb2Te3 EuSb2

80 20 760 800 6.61 1000

74 26 эвтектика - -

70 30 760 850 6.84 2320

60 40 760 950 - -

50 50 760 970 - -

40 60 760 980 - -

30 70 760 1000 - -

20 80 760 1100 - -

10 90 760 1150 - -

- 100 1168 - -

Гомогенность сплавов контролировали методами МСА и РФА.

Режим синтеза подбирали, исходя из физико-химических свойств элементарных компонентов и бинарных соединений. Были выращены монокристаллы из области твердых растворов методом Бриджмена-Стокбаргера.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Построенная по получанным данным диаграмма состояния системы Sb2Teз-EuSb2 приведена на рис. 1.

Система Sb2Te3-EuSb2 является квазибинарным сечением тройной системы Eu-Sb-Те и относится к эвтектическому типу.

Ликвидус системы Sb2Te3-EuSb2 состоит из ветвей первичной кристаллизации Sb2Te3 и EuSb2, которые пересекаются в нонвариантной эвтектической точке. Состав эвтектики определен путем построения треугольника Таммана и соответствует 26 мол.% EuSb2 и температуре 760 К. Установлено, что в системе Sb2Te3-EuSb2 на основе полуторного теллурида сурьмы образуются твердые растворы до 15 мол.% EuSb2 при температуре эвтектики с распадом до 10 мол.% при комнатной температуре. При измерении микротвердости получены два набора ее значений: 860-1000 и 2320-2300 МПа, соответствующих микротвердости а-твердых растворов на основе полуторного теллурида сурьмы.

Рентгенографическое исследование показало, что а-твердые растворы кристаллизуются в структуре типа тетрадимита, и с увеличением содержания в сплаве диантимонида европия периоды кристаллической решетки закономерно увеличиваются (табл. 2, рис. 2).

72

Т.Ф.МАКСУДОВА и др.

Таблица 2. Кристаллохимические и физико-химические характеристики твердых растворов (Sb2Te3)1-x(EuSb2)x

Состав твердого раствора Периоды решетки, Ä с/а, Ä Плотность, г/см3 Микротвердость, МПа

a с

х=0 4.250 30.20 7.106 6.57 2200

х=0.03 4.270 30.22 7.082 6.59 2190

х=0.05 4.280 30.23 7.070 6.59 1900

х=0.07 4.300 30.25 7.042 6.60 2400

х=1 4.320 30.27 7.004 6.61 2350

с, Ä

30.30

30.28

30.26

30.24

30.22

30.20

с, Ä :

4.32

4.30

4.28

4.26 i i i i i

Рис. 2. Зависимость периода решетки от состава твердых растворов (Sb2Teз)1_x(EuSb2)x.

2 4 6 8 10 Мол. % EuSb2

Увеличение периода решетки твердых растворов на основе сурьмы можно объяснить замещением атома сурьмы малого радиуса атомом европия, имеющим большие ионные радиусы.

Исследование термоэлектрических свойств выращенных монокристаллов из области твердых растворов (Sb2Te3)1-x(EuSb2)x показало их высокие характеристики. Электрофизические свойства твердых растворов измерены в интервале температур 77-350 К. С ростом температуры электропроводность (а) сильно уменьшается. Необходимо отметить, что такое уменьшение а присуще и исходному Sb2Te3. В отличие от электропроводности, наблюдается увеличение значений коэффициента термо-э.д.с. (а) в интервале 77-350 К. Выявлено, что исследованные сплавы проявляют р-тип проводимости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алиев О.М., Гуршумов А.П., Агаев А.Б. Редкоземельные полупроводники. Баку: РП СНИО Азербайджана, 1992. 520 с.

2. Миронов К.В., Камарзин А.А., Соколов В.В., Васильева И.Г., Попова Е.Д. Редкоземельные полупроводники. Баку: Элм, 1981. 215 с.

3. Максудова Т.Ф. Тройные полупроводниковые соединения в системах AIIIB-BV-CVI. Баку: Элм, 2003. 274 с.

4. Абрикосов Н.Х., Порецкая Л.В., Иванов И.П. // Журн. неорган. химии. 1959. Т. 4. № 11. С. 2525-2530.

$A30BA£ fl^ArPAMMA CHCTEMBI Sb2Te3-EuSb2 73

Sb2Te3-EuSb2 SlSTEMlNlN faza dIaqrami

T.F.Maqsudova, D.S.3jdarova, O.M.3liyev

DTA, RFA, MCA, mikrobarkliyin va sixligin olfulmasi usullari ila Eu-Sb-Te sisteminin kvazibinar kasiyi olan Sb2Te3-EuSb2 sistemi oyranilmi§, hal diaqrami qurulmu§, bark mahlul sahalari tayin olunmu§dur.

Agar sozlar: evtektika, elektrik kegiriliyi, faza diaqrami, kvazibinar kdsik.

PHASE DIAGRAM OF THE Sb2Te3-EuSb2 SYSTEM

T.F.Magsudova, D.S.Ajdarova, O.M.Aliyev

The Sb2Te3-EuSb2 system has been studied using the methods of DTA, RFA, MSA, microhardness and density measurments. It is established that the latter is partially quasibinary section of the triple system Eu-Sb-Te. Phase diagram of the system state has been plotted. The areas of solid solutions have been determined.

Keywords: eutectic, electroconductivity, phase diagram, quasi-binary section.