CC BY
37
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2010, том 53, №8____________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.657, 87:669.0.17.1
М.А.Балаев, В.Д.Абулхаев, Ю.С.Азизов, академик АН Республики Тадждикистан И.Н.Ганиев,
Н.Ш.Холов
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Gd4Bi3 - Tb4Sb3
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
В статье приведены результаты исследования диаграммы состояния и магнитные свойства твердых растворов системы Gd4Bi3 - Tb4Sb3 (х= 0.4-3.6; y= 0.3-2.7). Кристаллохимический анализ показал, что твердые растворы Gd4-xBi3-yTbxSby (х=0.4-3.6; y=0.3-2.7) системы Gd4Bi3 - Tb4Sb3 кристаллизуются в кубической структуре типа anti-Th3P4. Определены температура Кюри и магнитные моменты ионов Gd3+ и Tb 3+.
Ключевые слова: диаграмма состояния - твердые растворы - температура Кюри - сплавы - магнитная восприимчивость.
Ранее были исследованы полные диаграммы состояния систем Gd - Bi и Tb - Sb [1,2]. В системах Gd - Bi и Tb - Sb установлено существование соединений Gd5Bi3, Gd4Bi3, GdBi, GdBi2, Tb5Bi3, Tb4Bi3 и TbBi. Физические и химические свойства данных соединений изучены крайне мало. Нами при изучении магнитных свойств соединений указанных систем установлено, что Gd4Bi3 и Tb4Bi3 являются парамагнетиками с парамагнитной температурой Кюри 364 и 173 К соответственно.
В связи с этим определенный интерес представляет исследование диаграмм состояния систем Ln4Bi3 - Ln4Sb3 (Ln - ион редкоземельного элемента), имеющих в своем составе разные ионы РЗЭ. К таким сплавам могут быть отнесены сплавы, образующиеся в системе Gd4Bi3 - Tb4Sb3.
Целью данной работы явилось исследование диаграммы состояния Gd4Bi3 - Tb4Sb3 и магнитных свойств сплавов, образующихся в этой системе, в диапазоне температур 298.. .800 К.
Сплавы системы были приготовлены через каждые 10 мол.% Gd4Bi3 . В качестве исходных компонентов использовали предварительно синтезированные Gd4Bi3 и Tb4Sb3.
Сплавы системы Gd4Bi3 - Tb4Sb3 получали следующим образом. Порошки предварительно синтезированных Gd4Bi3 и Tb4Sb3, отвечающие конкретному химическому составу сплава Gd4-xBi3-yTbxSby (х=0.4-3.6; y=0.3 -2.7), тщательно смешивали, спрессовывали, помещали в герметичный молибденовый тигель и нагревали (со скоростью 5-10 К/мин) в среде гелия марки «ВЧ». Оптимальная температура синтеза составляла 1673±50 К. При этой температуре образцы выдерживали 2-3 ч.
Диаграмму состояния системы Gd4Bi3 - Tb4Sb3 исследовали методами дифференциального термического (ДТА), рентгенофазового (РФА) и металлографического анализов. ДТА сплавов осуществляли на установке ВДТА-8М3, сконструированной в Институте металлофизики АН Украины, в
Адрес для корреспонденции: Абулхаев Владимир Джалолович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: [email protected]
среде гелия марки «ВЧ» при скорости нагревания и охлаждения 30-80 град/мин. Погрешность в определении температур термических эффектов не превышала ±1%.
РФА сплавов проводили на дифрактометре «ДРОН-2» с использованием отфильтрованного CuKa -излучения (Ni - фильтр). Погрешность в определении параметров элементарной ячейки сплавов составляла ±0.0005 нм.
Металлографический анализ сплавов выполняли на приборе «Neophot-21». Шлифы полировали алмазной пастой, нанесенной на нейлоновую ткань.
Микротвердость кристаллов измеряли на микротвердомере ПМТ-2.
Молярную магнитную восприимчивость (Хм) сплавов измеряли в диапазоне температур 298-00 К по методике, приведенной в [3].
Диаграмма состояния системы Gd4Bi3 -Tb4Sb3, построенная по экспериментальным данным, приведена на рис.1, из которого видно, что данная диаграмма свидетельствует о неограниченной взаимной растворимости компонентов -Gd4Bi3 и Tb4Sb3 как в жидком, так и в твердом состоянии. При этом РФА и металлографический анализ сплавов указывают на образование во всем исследованном диапазоне концентраций твердых растворов Gd4_xBi3_yTbxSby (х=0.4-3.6; y=0.3-2.7). Образованию в системе Gd4Bi3 -Tb4Sb3 твердых растворов, с нашей точки зрения, благоприятствует геометрический фактор, включающий размерный - близость значений атомных радиусов Gd и Tb, которые составляют
0.1801 и 0.1783 [4] нм соответственно, а также структурный - изоструктурность соединений Gd4Bi3 и Tb4Bi3, кристаллизующихся в кубической структуре типа anti -Th3P4.
По данным РФА, твердые растворы Gd4_xBi3_yTbxSby (х=0.4-3.6; y=0.3-2.7), как и исходные компоненты - Gd4Bi3 и Tb4Bi3, также кристаллизуются в кубической сингонии anti-Th3P4 типа NaCl c пространственной группой l43d (см. табл. 1). Из табл. 1 следует, что концентрационная зависимость параметра элементарной ячейки твердых растворов во всем исследованном диапазоне концентраций изменяется аддитивно.
Зависимость обратной молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Gd4_xBi3_ yTbxSby (х=0.4-3.6; y=0.3-2.7) во всем исследованном диапазоне температур следует закону Кюри-Вейсса, характерному для парамагнитных веществ (рис. 2).
Т, К 2300
1800 -
х_______I______I______I______I______
Gd4Bi3 20 40 60 80 Tb4Sb3
мол.%
Рис. 1. Диаграмма состояния системы Gd4Bi3 - Tb4Sb3.
Таблица 1
Кристаллохимические характеристики висмутидов и твердых растворов Оа4-хВіз-уТЬх8Ьу (х= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7)
Висмутиды и твердые растворы Параметр элементарной ячейки, ±0.0005 нм Плотность расчетная, кг/м3 Микротвердость, МПа
ва4ВІ3 0.9382 10159 3600
Gdз.6BІ2.7Tbo.4Sbo.з 0.9366 10000 4200
Оа3.2ВІ2.4ТЬ0.88Ь0.6 0.9332 9924 4850
Gd2.8BІ2.1 Tbl.2Sbo.9 0.9318 9737 5450
Gd2.4Bil.8Tbl.6Sbl.2 0.9287 9622 5900
Gd2Bil.5Tb2Sbl.5 0.9264 9480 6100
Gdl.6Bil.2Tb2.4Sbl.8 0.9242 9357 5950
Gdl.2BІo.9 Tb2.8Sb2.1 0.9218 9186 5700
Gdo.8Bio.6TЬз.2SЬ2.4 0.9194 9040 5500
Gdo.4Bio.зTЬз.6SЬ2.7 0.9172 8885 5200
^Ьз 0.9152 8723 5000
35
Рис. 2. Температурная зависимость обратной магнитной восприимчивости твердых растворов 0^-хВі3-уТЬх8Ьу, содержащих: 1 - 10; 2 - 20; 3 - 30, 4 - 40; 5 - 50; 6 - 60; 7 - 70; 8 - 80; 9 - 90 мол.% ТЬ4Ві3 в диапазоне температур 298...400 К (а) и 400...800 К (б).
Значения молярной магнитной восприимчивости (хм) и парамагнитной температуры Кюри (0Р) твёрдых растворов, определенные экстраполяцией линейной части зависимости 1/ хм -Т к оси температур, приведены в табл.2.
Как видно из табл.2, рост молярной магнитной восприимчивости и парамагнитной температуры Кюри твёрдых растворов проявляется во всем диапазоне концентраций. Это объясняется тем, что гадолиний, замещая атомы тербия в кристаллической решетке ТЬ48Ь3, усиливает обменное взаимодействие по линии связи Gd- ТЬ, влияние которой на магнитное свойства твёрдых растворов Gd4-хБ1з-уТЬх8Ьу (х= 0.4-3.6; у = 0.3 -2.7) проявляется во всем диапазоне концентраций.
Таблица 2
Магнитные свойства висмутидов и твердых растворов Gd4_xBi3_yTbxSby (х= 0.4-3. 6; y = 0.3-2.7)
Соединения и твердые растворы Молярная магнитная восприимчивость, Хм х 106 при 298 К Парамагнитная температура Кюри, е„, К Эффективный магнитный момент, д х 1024, А-м2
Gd4Bi3 118787.8 364 33.57
Gd3.6Bi2.7Tbo.4Sbo.3 117287.0 264 57.03
Gd3.2Bi2.4Tbo.8Sbo.6 112359.5 256 59.0
Gd2.8Bi2.1 Tb1.2Sbo.9 107526.8 248 59.72
Gd2.4Bi1.8Tb1.6Sb1.2 103092.7 240 65.84
Gd2Bi1.5Tb2Sb1.5 99010.0 232 71.68
Gd1.6Bi1.2Tb2.4Sb1.8 96153.8 224 59.44
Gd1.2Bio.9 Tb2.8Sb2.1 94339.6 218 57.31
Gdo.8Bio.6Tb3.2Sb2.4 93457.9 210 55.36
Gdo.4Bio.3Tb3.6Sb2.7 92592.6 198 54.62
Tb4Sb3 91971.5 173 89.30
Полученные данные по молярной магнитной восприимчивости и парамагнитной температуре Кюри висмутидов и твердых растворов были использованы для определения эффективного магнитного момента ионов РЗЭ (табл. 2). Рассчитанные значения эффективного момента иона гадолиния тербия в Gd4Bi3 и Tb4Sb3 оказались достаточно близки к таковым, вычисленным по правилу Хунда для основного мультиплетного состояния трехзарядного положительного иона гадолиния (73.6340-24 А-м2) и тербия (33.47-10-24 А-м2) [4].
Таким образом, результаты данной работы указывают на возможность получения на основе Gd4Bi3 и Tb4Sb3 сплавов с повышенными магнитными свойствами.
Поступило 24.03.2010 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абулхаев В.Д. - Изв. РАН. Металлы, 1993, №1, с. 187.
2. Abdusalyamova M.N., Bumashev O.R., Mironov K.E. - J. Less-Common Metalls, 1981, v.77, p. 81.
3. Чечерников В.И. - Магнитные измерения. - М.: МГУ, 1963, 92 с
4. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. - Металловедение редкоземельных металлов. - М.: Наука, 1975, 270 с.
М.А.Балаев, В.Д.Абулх,аев, Ю.С.Азизов, И.Н.Ганиев, Н.Ш.Холов
ДИАГРАММАИ Х,ОЛАТ ВА ХОСИЯТ^ОИ МАГНИТИИ ХУЛА^ОИ СИСТЕМАИ Gd4Bi3 - Tb4Sb3
Институты химияи ба номи В.И. Никитини Акдемияи илмх,ои Чумхурии Точикистон
Дар макола натичаи тахдикоти диаграммаи х,олат ва хосиятх,ои магнитии ма^лулх,ои сахти системаи Gd4Bi3 - Tb4Sb3 оварда шудааст. Та^лили кристаллохимиявй нишон дод, ки махлулх,ои сахти Gd4-xBi3-yTbxSby (х= 0.4-3.6; y= 0.3-2.7) системаи Gd4Bi3 - Tb4Sb3 дар панчараи кубии намуди anti-Th3P4 кристаллизатсия мешаванд. Х,арорати Кюри ва моментх,ои магнитии ионх,ои Gd3+ ва Tb 3+ муайян карда шуданд.
Калима^ои калиди: диаграммаи цолат - мацлулцои сахт - царорати Кюри - хулацо - таъсирпази-рии магнити.
M.A.Balaev, V.D.Abulkhaev, U.S.Azizov, I.N.Ganiev, N.Sh.Kholov PHASE DIAGRAM AND MAGNETIC PROPERTIES OF ALLOYS IN THE Gd4Bi3 - Tb4Sb3 SYSTEM
V.I.Nikitin Chemistry Institute, Academy of Sciences of Republic Tajikistan The abstract comprises the results of investigation of phase diagram and magnetic properties of alloys which have been formed in the Gd4Bi3 - Tb4Sb3 system. Crystallochemical investigations have shown, that solid solutions Gd4-xBi3-yTbxSby (х= 0.4-3.6; y= 0.3-2.7) of the Gd4Bi3 - Tb4Sb3 system crystallizes in cubical anti-Th3P4 structural type. Values of Curie temperatures and magnetic moment of Gd3+, Tb 3+ ions was defined.
Key words: phase diagram - solid solutions - Curie temperatures - alloys - magnetic susceptibility.
