CC BY
39
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _______________________________________2011, том 54, №5_____________________________________
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.657, 87:669.0.17.1
С.О.Убайдов, В.Д.Абулхаев, Ю.С.Азизов, М.А.Балаев, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
СИСТЕМЫ Са48Ь3-УЬ4Б13
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
В статье приведены результаты исследования диаграммы состояния и магнитных свойств твердых растворов системы Оё4ЗЬ3-УЬ4В13. Рентгенофазовым анализом установлено, что твердые растворы Оё4-х$Ь3-у¥ЬхВ1у (х= 0.4-3.6; у= 0.3-2.7) системы Оё4ЗЬ3-УЬ4В13 кристаллизуются в кубической структуре типа апИ-ТН3Р4. Определены температура Кюри и магнитные моменты ионов О^3 и УЬ+3.
Ключевые слова: сплавы - диаграмма состояния - твердые растворы - температура Кюри - магнитная восприимчивость.
В [1] диаграмма состояния систем Gd - Sb исследована в полном диапазоне концентраций. Установлено образование в ней соединений: Gd5Sb3, Gd4Sb3, GdSb, GdSb2. Соединения Gd5Sb3, Gd4Sb3 и GdSb2 при 1913, 2043 и 1053 К, соответственно, образуются по перитектическим реакциям, а GdSb при 2403 К плавится с открытым максимумом.
Система Yb - Bi изучена в [2]. Эта система существенно отличается от других систем РЗЭ -висмут. В системе идентифицированы соединения Yb5Bi2, Yb5Bi3 Yb4Bi3 Yb5Bi4 и YbBi2. Соединения Yb5Bi2, Yb5Bi3 и Yb5Bi4 при 1558, 1673, 1608 К, соответственно, плавятся инконгруэнтно. Yb5Bi4 при 1238 К проявляет полиморфизм. Соединения Yb4Bi3 и YbBi2 при 1773 и 973 К соответственно плавятся конгруэнтно.
Повторно диаграмма состояния системы Yb - Bi приведена в [3]. В данной работе отрицается существование соединения Yb5Bi2. При этом указывается на образование в системе еще и ранее неизвестных соединений Yb2Bi и YbllBilo.
Физические и химические свойства соединений систем Gd - Sb и Yb - Bi изучены крайне мало. Известно, что соединения Gd5Sb3, Gd4Sb3 и Yb4Bi3 являются парамагнетиками с парамагнитной температурой Кюри 263, 235 и 16 К соответственно [4-6]. На основе указанных соединений возможно получение новых магнитных материалов.
Целью данной работы явилось исследование диаграммы состояния Gd4Sb3 - Yb4Bi3 и магнитных свойств сплавов, образующихся в этой системе, в диапазоне температур 298-773 К.
Сплавы для исследования диаграммы Gd4Sb3 - Yb4Bi3 и их магнитных свойств были получены через каждые 10 мол.% Yb4Bi3, следующим образом. Порошки предварительно синтезированных соединений - Gd4Sb3 и Yb4Bi3, отвечающие конкретному химическому составу сплава Gd4_xSb3_yYbxBiy
Адрес для корреспонденции: Абулхаев Владимир Джалолович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: [email protected]
(х=0.4-3.6; у=0.3-2.7), тщательно смешивали, спрессовывали, помещали в герметичный молибденовый тигель и нагревали (со скоростью 5-20 К/мин) в среде гелия марки ВЧ. Оптимальная температура синтеза составляла 1673±50 К. При этой температуре образцы выдерживали 2-3 ч. После этого печь выключали, и тигель с веществом охлаждали до комнатной температуры. Следует отметить, что сплавы Gd4Sb3-Yb4Bi3 получали при одном и том же температурном и временном режиме, то есть при 1673±50 К и времени выдержки 2-3 ч.
Диаграмму состояния системы Gd4Bi3-Yb4Sb3 исследовали методами дифференциального термического (ДТА), рентгенофазового (РФА) и металлографического анализов.
ДТА сплавов осуществляли на установке ВДТА-8М3, при скоростях нагревания и охлаждения 80 град./мин. Погрешность в определении температур термических эффектов не превышала ±1%. РФА сплавов проводили на дифрактометре ДРОН-2 с использованием отфильтрованного СuKa -излучения (№ - 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. Плотность сплавов определяли по стандартной методике.
Молярную магнитную восприимчивость (Хт) сплавов измеряли в диапазоне температур 298-773 К по методике, приведенной в [7].
Диаграмма состояния системы Gd4Sb3 -
Yb4Bi3, построенная по совокупности экспериментальных данных, приведена на рис. 1 . Из рисунка
видно, что Gd4Sb3 при 2048±20 К и Yb4Bi3 при
1826± 15 К плавятся инконгруэнтно. Данная диаграмма свидетельствует о неограниченной взаимной растворимости компонентов - Gd4Bi3 и Yb4Sb3 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 замещения Gd4_xBi3_yYbxSby (х= 0.4-3. 6; у = 0.3-2.7).
По данным РФА, твердые растворы Gd4_xBi3_yYbxSby (х= 0.4-3.6; у= 0.3 2.7), как и исходные
компоненты - Gd4Bi3 и Yb4Sb3, также кристаллизуются в кубической сингонии типа аnti-Th3P4 c пространственной группой І43d. Из табл. 1 следует, что концентрационная зависимость параметра элементарной ячейки твердых растворов во всем исследованном диапазоне концентраций изменяется аддитивно. При этом наибольшая микротвердость (5200 МПа) свойственна твердому раствору Gd2.8Sb2лYb1.2Sba9. Рассчитана также теоретическая плотность кристаллов твердых растворов. Установлено, что температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости
Рис.1. Диаграмма состояния системы в&£Ь3 - Yb4Biз.
твёрдых растворов Gd4_xSbз_yYbxBiy (х= 0.4-3.6; у= 0.3-2.7) следует закону Кюри - Вейсса, характерного парамагнитным веществам. На рис. 2, а, б представлена температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов 0^;^Ь3-^ЬхВіу (х= 0.4-3.6; у=
0.3-2.7) в диапазоне температур 298-773 К.
Таблица 1
Кристаллохимические характеристики исходных компонентов и твердых растворов 0^_^Ь3_^ЬхВіу
(х= 0.4-3.6; у= 0.3-2.7)
Индивидуальные соединения и твердые растворы Параметр элементарной ячейки, нм Плотность, кг/м3 Микротвердость, МПа
Gd4Sbз 0.9220 8429 4800
Gdз.6Sb2.7Ybo.4Bio.з 0.9252 8613 5100
Gd3.2Sb2.4Yb 0.8ВІ0.6 0.9287 8785 5300
Gd2.8Sb2.lYb 1^Ьо.9 0.9322 8945 5200
Gd2.4Sb1.8Yb І.бВІі.2 0.9358 9113 5000
Gd2Sbl.5Yb 2ВІ1.5 0.9394 9269 4700
Gd1.6Sb1.2Yb 2.4ВІ 1.8 0.9428 9428 4300
Gd1.2Sb0.9Yb 2.8ВІ2.1 0.9468 9563 4100
Gdo.8Sb o.6Gdз.2Bi 2.4 0.9512 9682 3900
Gd0.4Bi0.3Yb 3.6ВІ2.7 0.9536 9858 3800
Yb4Biз 0.9572 9993 3600
Рис. 2. Температурная зависимость обратной молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Оа4-^Ь3-^^Ьу, содержащих: (1)-10, (2)-20, (3)-30, (4)-40, (5)-50, (6)-60, (7)-70, (8)-80, (9)-90 мол.% Yb4Bi3 в диапазоне температур 298.. .400 К (а) и 400... 773 К (б).
Значения молярной магнитной восприимчивости (%„) при комнатной температуре и парамагнитной температуры Кюри (0Р) твёрдых растворов, определенной экстраполяцией линейной части зависимости 1/ %т -Т к оси температур, приведены в табл. 2, из которой видно, что рост молярной магнитной восприимчивости и и парамагнитной температуры Кюри твёрдых растворов проявляется во всем диапазоне концентраций. Это объясняется тем, что гадолиний, замещая атомы иттербия в кристаллической решетке УЬ4Б13, усиливает обменное взаимодействие по линии связи Gd - УЬ, влия-
ние которой на магнитные свойства твердых растворов Gd4-xBi3-yYbxBiy (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-yYbxSby (х= 0.4-3. 6; у= 0.3-2.7)
Индивидуальные соединения и твердые растворы Молярная магнитная восприимчивость, Xm х 106 при 298 К Парамагнитная температура Кюри, 0р, К Эффективный магнитный момент, д х 1024, А-м2
Gd4Sb3 124444.4 235 73.45
ел о о £ Г" (N b СО ю СП d3 G 49428.5 158 69.0
Gd3.2Sb2.4Yb 0.8Bi0.6 37650.6 132 65.56
Gd2.8Sb2.1Yb 12Sb09 27704.0 102 61.1
Gd2.4Sb1.8Yb 1.6Bi1.2 21962.6 84 56.84
Gd2Sb1.5Yb 2Bi1.5 17391.3 68 52.40
Gd1.6Sb1.2Yb 2.4Bi 1.8 14856.0 55 49.89
Gd12Sb0 9Yb 2 8B121 13089.0 45 47.76
Gd0.8Sb 0.6Yb3.2Bi 2.4 11547.3 36 45.62
Gd0.4Bi0.3Yb 3.6Bi2.7 9784.7 26 42.75
Yb4Bi3 6383.0 16 34.12
Полученные данные по молярной магнитной восприимчивости и парамагнитной температуры
Кюри антимонида Gd4Sb3, висмутида Yb4Bi3 и твердых растворов Gd4-xBi3-yYbxBiy (х=0.4-3.6; y=0.3-
2.7) были использованы для определения эффективного магнитного момента ионов РЗЭ (табл. 2).
Таким образом, результаты нашей работы указывают на возможность получения на основе
Gd4Sb3 и Yb4Bi3 твердых растворов с повышенными магнитными свойствами (по сравнению с магнитными свойствами Yb4Bi3).
Поступило 11.04.2011 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Abdusalyamova M.N., Bumashev O.R., Mironov K.E. - J. Less-Common Metals, 1986, v.125, №1. pр. 1-6.
2. Maksudova T.F., Rustamov P.G., Aliev O.M. - J. Less-Common Metals, 1985, v.109, №2, рр. L19-L23.
3. Borzone G., Saccone A., Parodi N., Ferro R. - Assoc. Fr. Calorim. et. anal. therm.(AFCAT). Marseille.: 1991, рр.17-21.
4. Абулхаев В.Д. Синтез и физико-химические свойства антимонидов РЗЭ состава Ln5Sb3 (Ln = Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb): Автореф. дисс...к.х.н. - Душанбе, 1985, 23 с.
5. Назаров Х.Х. Твердые растворы систем Gd4Sb3-Ln4Sb3 (Ln = Pr, Nd, Tb, Dy, Yb) и Tb4Sb3 - Dy4Sb3: Автореф. дисс... к.т.н. - Душанбе, 2006, 22 с.
6. Холов Н. Ш. Сплавы систем Ln - Bi (Ln = Pr, Nd, Gd, Tb) и Gd4Bi3 - Ln4Bi3 (Ln = Pr, Nd, Tb) - Автореф. к.т.н. - Душанбе, 2009, 23 с.
7. Чечерников В.И. - Магнитные измерения. - М.: МГУ, 1963, с. 92.
С.О.Убайдов, В.Д.Абулхаев, Ю.С.Азизов, М.А.Балаев, И.Н.Раниев
ДИАГРАММАИ Х,ОЛАТ ВА ХОСИЯТ^ОИ МАГНИТИИ ХУЛА^ОИ СИСТЕМАИ Gd4Sb3-Yb4Bi3
Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон
Дар макола натичаи тахкикоти диаграммаи х,олат ва хосиятх,ои магнитии махлулх,ои сахти системаи Gd4Sb3-Yb4Bi3 оварда шудааст. Тахлили кристаллохимиявй нишон дод, ки махлулхои сахти Gd4-xBi3-yYbxSby (х= 0.4-3.6; y= 0.3-2.7) системаи Gd4Sb3-Yb4Bi3 дар панчараи кубии намуди anti-Th3P4 кристаллизатсия мешаванд. Хдрорати Кюри ва моментх,ои магнитии ионхои Gd3+ ва Yb3+ муайян карда шудаанд.
Калима^ои калиди: хулауо - диаграммаи уолат - маулулуои сахт - уарорати Кюри - таъсирпази-рии магнити.
S.О.Ubаydоv, V.DAbulkhaev, U.SAzizov, MA.Balaev, I.N.Ganiev STATE DIAGRAM AND MAGNETIC PROPERTIES OF ALLOYS IN THE
Gd4Bi3-Yb4Sb3 SYSTEM
V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan The abstract comprises the results of investigation of state diagram and magnetic properties of alloys which have been formed in the Gd4Sb3-Yb4Bi3 system. Crystallochemical investigations have shown, that solid solutions Gd4-xBi3-yYbxSby (х= 0.4-3.6; y= 0.3-2.7) of the Gd4Bi3 - Yb4Sb3 system crystallizes in cubical anti-Th3P4 structural type.Values of Curie temperatures and magnetic moment of Gd3+, Yb3+ ions was defined.
Key words: alloys - state diagram - solid solutions - Curie temperatures - magnetic susceptibility.
