Научная статья на тему 'Синтез, магнитные свойства сплавов и соединений системы Nd-Bi'

Синтез, магнитные свойства сплавов и соединений системы Nd-Bi Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
92
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

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 moment of Nd<sup>3+</sup> ions was defined.

Текст научной работы на тему «Синтез, магнитные свойства сплавов и соединений системы Nd-Bi»

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.