CC BY
50
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ____________________________________2008, том 51, №8__________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.662, 87:541.017
Н.Ш.Холов, В.Д.Абулхаев, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев,
Х.Х.Назаров
СИНТЕЗ, МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ И СОЕДИНЕНИЙ системы са - В1
В плане поиска и создания новых материалов, в частности магнитных, с заданными свойствами исследование свойств сплавов и соединений, образующихся в системах РЗЭ -сурьма, является актуальной задачей
Цель данной работы состояла в синтезе и исследовании магнитных свойств сплавов и соединений системы Gd - Bi в диапазоне температур 298-773 К .
В системе Gd-Bi, которая ранее исследована нами в полном диапазоне концентраций [1], выявлено существование соединений Gd5Bi3, Gd4Bi3, GdBi и GdBi2, которые при 1753±10, 1853±15, 1183±10 К, соответственно плавятся инконгруэнтно. Самое тугоплавкое соединение системы Gd-Bi при 2043±20 К плавится с открытым максимумом.
Для получения сплавов системы Gd-Bi в качестве исходных компонентов использовали гадолиний марки ГдМД-2 (чистота 99.98 мас.%) и висмут марки ОСЧ 11-4 (чистота 99.999 мас.%).
Сплавы системы Gd-Bi получали следующим образом. Заданные количества стружек гадолиния и висмута смешивали, спрессовывали в цилиндрический штабик и помещали в герметизированный тигель из молибдена. Затем тигель с образцом медленно нагревали (со скоростью 5 К/мин) в среде гелия марки ВЧ. Оптимальные температуры синтеза сплавов составляли:
Bi, ат.% 1-30 37.5-50 55-75 85-99
Т, К 1273 1623-1723 1123-1723 1023
При указанных температурах сплавы выдерживали 2-6 ч.
Гомогенность полученных таким образом сплавов и соединений контролировали рентгенофазовым (РФА) и металлографическим методами анализов, а также измерением плотности.
РФА сплавов выполняли на дифрактометре ДРОН-2 (излучение CuKa, фильтр -№), а металлографический анализ на микроскопе Neophot-21.
Микротвердость кристаллов измеряли на микротвердомере ПМТ-3.
Плотность соединений измеряли пикнометрическим методом по стандартной методике.
Молярную магнитную восприимчивость сплавов измеряли на установке и по методике, описанной в [2], с относительной погрешностью ±3%. Подтверждено образование в сис-
теме соединений Gd5Biз, Gd4Biз, GdBi, кристаллизующихся по данным РФА, в двух сингони-ях - ромбической и кубической (табл.1.). Как видно из таблицы, наблюдается близость значений экспериментально определенной и рентгеновской плотности. Это указывает на правильное установление в [1] пространственных групп структур соединений системы Gd-Bi.
Таблица 1
Кристаллохимические характеристики и микротвердость соединений системы Gd - Bi
Висмутиды Сингония Структурный тип Параметры элементарной ячейки, ±0,0005 нм
а в с
Gd5Biз ромбич. Y5Biз 0.8230 0.9526 1.2110
Gd4Biз кубич. анти- ^^4 0.9382 - -
GdBi кубич. 0.6300 - -
Висмутиды Плотность, кг/м3 Микротвёрдость, МПа
пикнометрическая рентгеновская
Gd5Biз 9724 9730 2100-2400
Gd4Biз 10170 10175 3600-4000
GdBi 9778 9783 1100-1150
Среди соединений системы Gd-Bi самыми твердыми оказались кристаллы Gd4Bi3. Следует отметить, что разброс значений микротвердости соединений объясняется различной ориентацией кристаллов в образце.
Результаты исследования магнитных свойств сплавов и соединений системы Gd - Bi указывают на их парамагнитную природу.
Температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости сплавов и соединений систем в диапазоне 298-773 К следует закону Кюри-Вейсса (рис 1,2.) в виде х = С/Т-9р (х - магнитная восприимчивость, С - константа Кюри, 9р -константа Вейсса или парамагнитная температура Кюри), характерного парамагнитным веществам. Исключение составляют сплавы и соединения системы Gd-Bi, содержащие 10-42.86% Bi, зависимость 1/хм-Т которых в диапазоне 298-498 К отклоняется от закона Кюри-Вейсса (рис.2). По всей видимости, до этих температур сплавы указанного состава маг-нитноупорядочены, являясь ферро- или ферримагнетиками. По результатам исследования молярной магнитной восприимчивости (хм) определены парамагнитные температуры Кюри (0р) сплавов и соединений системы Gd-Bi путем экстраполяции линейной части зависимости 1/Хм(Т) к оси температур, а также эффективный магнитный момент (цэфф) ионов гадолиния (табл. 2) Эффективный магнитный момент ионов гадолиния в сплавах рассчитывали по формуле [3]:
Цэффект= 26.24-10-24 [хм(Т- 9р)]1/2 А-м2, где хм - молярная магнитная восприимчивость сплава в расчете на один ион гадолиния.
ЬбО
*^к
Рис. 1. Температурная зависимость обратной молярной магнитной восприимчивости сплавов и соединений системы Gd - Bi (ат.% Bi): 1-10, 2-20, 3-30, 4-37.5 (Gd5Bi3), 5-42.86 (Gd4Bi3) в диапазоне
298-773 К.
і_______________і_______________і----------------1_______________І_______
400 500 600 700 800 Т, К
Рис. 2. Температурная зависимость обратной молярной магнитной восприимчивости сплавов и соединений системы Gd - Bi (ат.% Bi): 6-50 (GdBi), 7-60, 8-70, 9-80, 10-90 в диапазоне 400-773 К.
Таблица 2
Магнитные характеристики сплавов и соединений системы Gd- Bi при 298 К
Содержание висмута в сплавах и соединениях, ат.%.В1 Фазовый состав Хм к 106 при 298 К Ф Р К Цэфф к 1024, А-м2
10 Gd5Bi3+эвтектика 288300 325 73.17
20 Gd5Bi3+эвтектика 204844.7 336 73.17
30 Gd5Bi3+эвтектика 147555.7 350 72.61
37,5 Gd5Biз 127881.6 358 72.7
42.86 Gd4Biз 116180.5 365 73.17
50 GdBi 35672.1 86 72.15
60 GdBi + Biтв.р 31314.7 60 71.60
70 GdBi + Biтв.р. 28961.2 54 70.29
80 GdBi + Biтв.р. 28777 48 70.48
90 GdBi + Biтв.р. 28687.8 42 71.13
Эффективный магнитный момент иона гадолиния в сплавах и соединениях, содержащих 10-60 ат.% Bi, оказался близок к эффективному моменту трехзарядного иона гадолиния
24 2
(73.45-10" А-м , [4] ). Из табл. 2 следует, что в диапазоне 10-42.86 ат.% Bi наблюдается рост парамагнитной температуры Кюри сплавов от 325 до 365 К, что больше 9р чистого гадолиния (310 К, [4]). При этом самая высокая парамагнитная температура Кюри свойственна Gd4Biз, что характеризует его в исследованном диапазоне температур как сильного парамагнетика. Интересно отметить, что соединения такого же типа систем Ln-Bi (Ьп = Рг, Кё, ТЬ) [5-7], по сравнению с Gd4Bi3, не проявляют относительно высокие значения парамагнитной температуры Кюри.
Установлено, что в тяжелых РЗЭ при определенных температурах образуются сложные магнитные структуры: геликоидальные, циклоидальные и синусоидальные [3]. При охлаждении РЗЭ парамагнитное их состояние переходит сначала в антиферромагнитное, и, при дальнейшем понижении температуры, антиферромагнитное состояние сменяется ферромагнитным, с обычным параллельным (коллинеарным) или непараллельным (неколлинеарным) расположением атомных моментов.
Учитывая это, можно предположить, что магнитные свойства Gd4Bi3, в отличие от Ьп4В^ (Ьп = Рг, №, ТЬ), определяются особенностью его магнитной структуры, которую в дальнейшем можно выявить, например, исследованием методом нейтронографии.
Резкое уменьшение значения парамагнитной температуры Кюри сплавов диапазона концентраций 50-90 ат.% Bi можно объяснить значительным ослаблением магнитного взаимодействия между ионами из-за уменьшения доли связи Gd-Gd в структуре сплавов.
Таким образом, проведенные исследования указывают на то, что в сплавах и соединениях гадолиния с висмутом, как и в самом гадолинии, парамагнетизм устанавливается под
действием косвенного обмена 4f- электронов через электроны проводимости, так называемым взаимодействием Рудермана-Киттеля-Кассуи-Иосиды (РККИ) [8].
Институт химии им.В.И.Никитина Поступило 04.06.2008 г.
АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРЛТУРЛ
1. Лбулхаев В.Д. - Изв. РЛН. Металлы, 1993, №1, с. 187-190.
2. Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: МГУ, 1963, с. 92.
3. Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. М.: Наука, 1980, 239 с.
4. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов. М.: Наука, 1975, 270 с.
5. Лбулхаев В.Д., Балаев М.Л, Холов Н.Ш. - Материалы II международн. научн.-практич. конф., «Перспективы развития науки и образования в ХХ! веке». Душанбе: Эр-граф, 2006, c. 241-243.
6. Лбулхаев В.Д., Балаев М.Л, Холов Н.Ш. - Там же, с. 244-246.
7. 7. Холов Н.Ш, Лбулхаев В.Д., Назаров Х.Х., Ганиев И.Н. - Материалы республиканской научнопрактической конференции «Инновация - эффективный фактор связи науки с производством». Душанбе: Деваштич, 2008, с. 292-295.
8. 8. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1984, 207 с.
Н.Ш. Холов, В.Ч,. Aбyлx,аев, И.Н. Ганиев, Х.Х. Назаров СИНТЕЗ BA ХОСИЯТИ МAГHИТИИ XУЛA^O BA nAftBACTAra^OH
СИСТЕМAИ Gd - Bi
Дар мак;ола натичаи тахдик;оти хосиятхои магнитии хулахо ва пайвастагихои системаи Gd-Bi оварда шудааст. Тахлили кристаллохимиявй нишон дод, ки пайвастагихои системаи Gd-Bi дар ду намуди стpyктypа кристаллизатсия мешаванд.
Таъсирпазирии магнитй, харорати Кюри ва моменти магнитии ионхои Gd +3 му-айян карда шуд.
N.Sh.Kholov, V.D.Abulkhaev, I.N.Ganiev, Kh.Kh.Nazarov SYNTHESIS AND MAGNETIC PROPERTIES OF ALLOYS AND COMPOUNDS OF Gd - Bi SYSTEM
The abstract comprises the results of investigation of magnetic properties of alloys which have been formed in the Gd-Bi system.
Crystallochemical investigations have shown, that compounds of the Gd-Bi system crystallizes in two structural type. Magnetic susceptibility, values of Curie temperatures and magnetic moment of Gd3+ ions was defined.
