ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2008, том 51, №3_________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.657, 87:669.0.17.1
Н.Ш.Холов, В.Д.Абулхаев, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев,
Х.Х.Назаров
СИНТЕЗ, МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ И СОЕДИНЕНИЙ СИСТЕМЫ Ш-В1
Диаграмма состояния системы №-Ш ранее была исследована в полном диапазоне концентраций методами дифференциального термического, рентгенофазового и металлографического анализов в [1, 2]. По нашим данным [2]? в системе №-Ш образуются пять соединений: Nd2Bi, Nd5Biз, Nd4Biз, NdBi, NdBІ2, которые при 1553±15, 1723±15, 1838±15, 933±15 К соответственно плавятся инконгруэнтно. Моновисмутид - NdBi , плавящийся при 2093±20 К конгруэнтно, является самым тугоплавким соединением системы №-Ш.
Из обзора научной литературы следует, что химические и физические свойства соединений системы №-Ш изучены крайне мало. Так, в [3] исследовали магнитные свойства сплавов системы №-Ш. Однако данные указанной работы вряд ли можно считать достоверными, поскольку изучению подвергались в основном негомогенные сплавы.
Цель данной работы - синтез и исследование магнитных свойств сплавов и соединений системы №-Ш в диапазоне температур 298-773 К .
Исходными материалами при синтезе сплавов и соединений системы №-Ш были неодим марки Нд-2 (чистота 99.98 мас.%) и висмут марки ОСЧ-4-11 (чистота 99.999 мас.%). Сплавы синтезировали следующим образом. Порошки исходных компонентов - неодима и висмута (массой 5-8 г) заданного состава спрессовывали, помещали в герметичный молибденовый тигель и медленно нагревали (со скоростью 5 град/мин) в среде гелия марки “ВЧ”. Оптимальные температуры синтеза сплавов составляли:
Bi, ат.% 1-20 25-35 37.5-40 42.86-50 55-80
Т, К 837 1193 1453 1653 853
При указанных температурах сплавы выдерживали в течение 10-12 ч. Сплавы, содержащие более 80 ат.% Bi, были получены непосредственно сплавлением исходных компонентов.
Гомогенность полученных сплавов и индивидуальность соединений устанавливали рентгенофазовым (РФА), металлографическим методами анализов, а также измерением плотности. РФА соединений проводили на дифрактометре типа «ДРОН-2», а металлографический анализ на приборе « Neofot-21». Микротвердость кристаллов измеряли на приборе
ПМТ-3. Плотность соединений измеряли пикнометрическим методом по стандартной методике.
Таблица 1
Кристаллохимические параметры соединений системы №-Б
Соединения Сингония Структурный тип Параметр элементарной ячейки, ±0.0005 нм
а в с
Ш2Б1 тетрагон. Т12Р 0.4532 1.7872
ШзБ13 гексагон. Мп58Ь3 0.9370 0.6528
Ш4В^ кубич. анти-ТЬ3Р4 0.9552
ШБ1 кубич. 0.6428
ШВ12 ромбич. Ья8Ь2 0.6470 1.2982 1.1864
Соединения Плотность, кг/м3 Микротвердость, МПа
пикнометрическая рентгеновская
Ш2В1 8878 8880 2100-2200
Ш5В13 8988 9015 4150-4980
Ш4В13 9126 9170 3400-3750
ШБ1 8814 8828 1000-1080
ШВ12 7487 7492 1170-1210
Температурную зависимость магнитной восприимчивости в диапазоне 298-773 К измеряли на установке, описанной в [4]. При этом погрешность измерения магнитной восприимчивости составляла ±3%.
Подтверждено образование в системе №-Б пяти соединений, кристаллизующихся, по данным РФА, в четырех сингониях - тетрагональной, гексагональной, кубической и ромбической (табл.1).
Таблица 2
Магнитные свойства сплавов и соединений системы №-Б
Содержание висмута в сплавах и соединениях, ат.%. Фазовый состав Молярная магнитная восприимчивость, Хм'106 при 298 К Парамагнитная температура Кюри, 0р, К Эффективный магнитный момент, Ц'1024, А-м2
10 №2В1+эвтектика 6913.8 62 33.48
20 №2В1+эвтектика 7038.2 68 33.38
33.3 Ш2В1 7510.7 78 33.20
37.5 Ш5В13 7299.2 72 33.66
42.8 Ш4В13 6801.9 56 33.66
50 ШВ1 6451.6 42 33.66
60 ШВ1 + ШВ12 4385.6 28 31.06
66.6 ШВ12 6060.6 21 25.5
70 ШВ12 + В1Тв.р. 2986.4 16 24.01
80 NdБІ2 + В1тв.р. 1984.6 11 19.75
90 NdБІ2 + Бiтв.р.. 1210.4 4 14.74
(б)
Рис. Температурная зависимость обратной молярной магнитной восприимчивости сплавов системы Кё-Б1 в диапазоне температур 400-773 К (а, б), содержащих: 1 - 10, 2 - 20,
3 - 33.3 (Ш2БІ), 4 - 37.5 (Ш5БІ3), 5 - 42.8, 6 - 50, 7 - 60, 8 - 66.6(ШВІ2), 9 - 70, 10 - 80,
11 - 90 ат.% Б1.
Исследование магнитных свойств показало, что в диапазоне 298-773 К температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости сплавов системы Кё-Б1 следует закону Кюри-Вейсса в виде х = С/Т-9р (х - магнитная восприимчивость, С -константа Кюри, 9р - константа Вейсса или парамагнитная температура Кюри), характерного парамагнитным веществам. В качестве примера на рис. а, б приведена температурная зависимость обратной магнитной восприимчивости сплавов и соединений системы Кё-Б1 в диапазоне 400-773 К.
Парамагнитную температуру Кюри (9р) (табл. 2) сплавов и соединений определяли графически, путем экстраполяции линейной части зависимости 1/хм(Т) к оси температуры. Разброс экстраполированных значений 9р 4-6 образцов одного и того же состава не превышал 3-4%. Как видно из табл. 2, в диапазоне концентраций 10-33.3 ат.% Б1 молярная магнитная восприимчивость и парамагнитная температура Кюри сплавов растет, а в диапазоне 37,590 ат.% Б1 наблюдается их уменьшение. Это свидетельствует о том, что с увеличением концентрации висмута в соединениях ослабевают парамагнитные свойства соединений, связанные с уменьшением доли металлической связи Кё - Кё в их структуре.
Полученные данные по молярной магнитной восприимчивости и парамагнитной температуре Кюри сплавов системы Кё-Б1 были использованы для определения эффективного магнитного момента иона неодима с целью оценки его заряда. Эффективный магнитный момент иона неодима в сплавах рассчитывали по формуле [5]:
Цэффект= 26.24-10-24 [хм-(Т- 9р)]1/2 А-м2,
где хм - молярная магнитная восприимчивость сплава в расчете на один атом неодима. Рассчитанные таким образом значения эффективного момента иона неодима в сплавах системы Кё - БЬ оказались достаточно близки к таковым, вычисленным по правилу Хунда для основного мультиплетного состояния трехзарядного положительного иона неодима (33.47 10-24 А-м2) по формуле [6]:
ц =^£КТ+1)]1/2 А-м2,
где g - фактор Ланде (фактор основного состояния), I - результирующий момент количества движения иона основного состояния.
Таким образом, проведенные исследования указывают на то, что в сплавах и соединениях неодима с висмутом, как и в самом неодиме, парамагнетизм устанавливается под действием косвенного обмена 4Г- электронов через электроны проводимости, так называемым взаимодействием Рудермана-Киттеля-Кассуи-Иосиды (РККИ) [6].
Институт химии им.В.И.Никитина Поступило 10.12.2007 г.
АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. 1. Кобзенко Г.Ф., Черногоренко В.Б., Федорченко В.П. - Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1971, т.7, с. 1438.
2. 2. Абулхаев В.Д. - Журнал неорганической химии, 2001, т. 46, № 4, с. 659.
3. 3. Лесная М.И., Черногоренко В.Б., Кобзенко Г.Ф., Доротюк Г.В. Получение и исследование свойств редкоземельных металлов. Киев: ИПМ, 1979, 100 с.
4. 4. Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: МГУ, 1963, с. 92.
5. 5. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1984, 207 с.
6. 6. Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. М.: Наука, 1980, 239 с.
Н.Ш.Холов, В.Д.Абулхаев, И.Н.Ганиев, Х.Х.Назаров СИНТЕЗ ВА ХОСИЯТИ МАГНИТИИ ХУЛА^О ВА ПАЙВАСТАГИ^ОИ СИСТЕМАИ Nd-Bi
Дар маколаи натичаи тадкикоти хосиятхои магнитии хулахо ва пайвастагихои системаи Nd-Bi оварда шудааст. Тахлили кристаллохимиявй нишон дод, ки пайвастагихои системаи Nd-Bi дар чор намуди структура кристализатсия мешаванд.
Таъсирпазирии магнитй, харорати Кюри ва моменти магнитии ионхои Nd+3 му-айян карда шуданд.
N.Sh.Kholov, V.D.Abulkhaev, I.N.Ganiev, Kh.Kh.Nazarov SYNTHES, MAGNETIC PROPERTIES OF ALLOYS AND COMPOUNDS OF Nd-Bi SYSTEM
The abstract comprises the results of investigation of magnetic properties of alloys which have been formed in the Nd-Bi system.
Crystallochemical investigations have shown, that compounds of the Nd-Bi system crystallizes in four structural type. Magnetic susceptibility, values of Curie temperatures and magnetic
3_i_
moment of Nd ions was defined.