CC BY
37
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №10_
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.662' 87:669.0.17.1
Х.А.Рахимов, В.Д.Абулхаев, С.О.Убайдов, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ СИСТЕМЫ Са5В13-Но5В13
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
В статье приведены результаты исследования диаграммы состояния и магнитные свойства твёрдых растворов системы Gd5Bi3 - Ho5Bi3. Кристаллохимический анализ показал, что твёрдые растворы Gd5-xHoxBi3, (х = 0.5-4.5) системы Gd5Bi3 - Ho5Bi3 кристаллизуются в ромбической структуре типа Y5Bi3. Определены парамагнитные температуры Кюри-Вейсса и магнитные моменты ионов Gd3+ и Ho3+.
Ключевые слова: сплавы - диаграмма состояния - твёрдые растворы - температура Кюри - магнитная восприимчивость.
Диаграммы состояния систем Ьп -Б1 (Ьп = О^ Но) в полном диапазоне концентраций исследованы в [1,2]. В данных системах установлено образование соединений: Gd5Biз, Gd4Biз, О<1В12, Но5Б13, НоВь Физические и химические свойства указанных соединений изучены незначительно. Нами установлено, что Gd5Bi3 и Но5В^ являются парамагнетиками [3].
Целью данной работы явилось исследование диаграммы состояния Gd5Bi3 - Но58Ь3 и магнитных свойств сплавов, образующихся в этой системе в диапазоне температур 298-773 К.
Сплавы системы были приготовлены через каждые 10 мол.% Но^3. В качестве исходных компонентов использовали предварительно синтезированные Gd5Bi3 и Но^3.
Сплавы системы Gd5Bi3 - Но^^ получали следующим образом. Порошки предварительно синтезированных соединений - Gd5Bi3 и Но^3, отвечающие определенному химическому составу сплава Gd5-xHoxBi3 (х= 0.5-4.5), смешивали, спрессовывали в штабик, помещали в герметичный молибденовый тигель и нагревали (со скоростью 20-40 К/мин) в среде гелия марки ВЧ. Оптимальная температура синтеза составляла 1623±50 К. При этой температуре образцы выдерживали 2-3 ч. После чего тигель с веществом охлаждали до комнатной температуры.
Следует отметить, что при синтезе сплавов системы Gd5Bi3 - Но^^. скорость нагревания и охлаждения не играет существенной роли. Существенное значение при синтезе имеют конечная температура синтеза и время выдержки реакционной смеси при этой температуре.
Сплавы системы Gd5Bi3 - Но^3 синтезировали при одном и том же температурном и временном режиме, то есть при 1623±50 К и времени выдержки 2-3 ч.
Диаграмму состояния системы Gd5Bi3 - Но^3 исследовали методами дифференциального термического (ДТА), рентгенофазового (РФА) и металлографического анализов.
Адрес для корреспонденции: Абулхаев Владимир Джалолович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: abulkhaev-48@mail.ru
ДТА сплавов осуществляли на установке ВДТА-8М3, при скоростях нагревания и охлаждения 40-80 град./мин. Погрешность в определении температур термических эффектов не превышала ±1%.
РФА сплавов проводили на дифрактометре ДРОН-2 с использованием отфильтрованного СиКа -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 (хм) сплавов измеряли в диапазоне температур 298-773 К по методике, приведенной в [4].
Диаграмма состояния системы Gd5Biз - Но5Б^, построенная по совокупности экс периментальных данных, приведена на рис. 1.
Из рисунка видно, что Gd5Bi3 и Но5Б^ при 1753±15 и 1893±15 К плавятся соответственно инконгруэнтно. Диаграмма состояния системы Gd5Bi3 - Но5Б^ свидетельствует о неограниченной взаимной растворимости компонентов - Gd5Bi3 и Но5Б^ как в жидком, так и в твёрдом состоянии. При этом РФА и металлографический анализ сплавов указывают на образование во всём исследованном диапазоне концентраций твёрдых растворов замещения Gd5_x НохБ^ (х= 0.5-4.5).
По данным РФА, твёрдые растворы Gd5_xHoxBi3 (х= 0.5-4.5) изоструктурны с исходными компонентами - Gd5Bi3, Но5Б^, и кристаллизуются в ромбической сингонии типа У5Б^ с пространственной группой Рпта [5]. Из табл. 1 следует, что концентрационная зависимость параметра элементарной ячейки твёрдых растворов во всём исследованном диапазоне концентраций изменяется аддитивно. При этом наибольшую микротвердость (3400 МПа) показывает твёрдый раствор, содержащий 30 мол.% Но5Б^.
Рассчитана также теоретическая плотность кристаллов твёрдых растворов.
Установлено, что температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Gd5_x НохБ^ (х= 0.5-4.5) следует закону Кюри - Вейсса, характерного парамагнитным веществам.
ба£в13
20
40
60
1893
1693
80
Но^ВЬ
Рис.1. Диаграмма состояния системы Оа5Б13 - Но5Б13.
Таблица 1
Кристаллохимические характеристики висмутидов и твёрдых растворов Gd5_x НохБ13 (х= 0.5-4.5)
Висмутиды и твёрдые растворы Параметры элементарной ячейки, ±0.0005 нм Микротвёрдость, МПа Плотность, кг/м3
а в с расчет. экспер.
Gd5Bi3 0.8245 0.9630 1.2086 2250 9782 9653
Gd4.5Ho0.5Бi3 0.8228 0.9664 1.1962 2284 9896 9845
Gd4HoBiз 0.8216 0.9668 1.2082 3300 9933 9888
Gd3.5Ho 1.5Б^ 0.8185 0.9693 1.2013 3400 9930 9872
GdзHo 2Biз 0.8176 0.9725 1.1982 3285 9960 9952
Gd2.5HO 2^3 0.8168 0.9748 1.1875 3000 10062 10048
Gd2Ho 3Б^ 0.8153 0.9766 1.2195 2680 9825 9798
Gd1.5Ho 3.5Б^ 0.8148 0.9794 1.1987 2448 10018 10012
Gd Но 4Biз 0.8132 0.9807 1.1787 2300 10203 10188
Gd0.5Ho4.5Бi3 0.8125 0.9835 1.1994 2200 10034 10022
Ho5Бi3 0.8112 0.9856 1.1864 2100 10166 10154
На рис. 2 а, б представлена температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Gd5-x НохБ13 (х= 0.5-4.5) в диапазоне температур 298-773К.
Значения молярной магнитной восприимчивости (%„) и парамагнитной температуры Кюри-Вейсса (0р) твёрдых растворов, определенной 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-Вейсса твёрдых растворов проявляется во всём диапазоне концентраций. Это объясняется тем, что гадолиний, замещая атомы гольмия в кристаллической решетке Но5Б13, усиливает обменное взаимодействие по линии связи Gd - Но, влияние которой на магнитные свойства твёрдых растворов Gd5_x НохБ13 (х= 0.5-4.5) проявляется во всём диапазоне концентраций.
т—
• 10
I» 8 7 б 5 4 3 2 1 0
100
400 Т, К
400
500
600
700
800 Т, К
Рис. 2. Температурная зависимость обратной молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Gd5-x НохБ13, содержащих: (1) - 10, (2) - 20, (3) - 30, (4) - 40, (5) - 50, (6) - 60, (7) - 70, (8) - 80, (9) - 90 мол.% Но5Б13
в диапазоне температур 298...400 К (а) и 400...773 К (б).
Таблица 2
Магнитные свойства висмутидов и твёрдых растворов Gd5_x НохБ13
Висмутиды и твёрдые растворы Молярная магнитная восприимчивость, Хт *106 Парамагнитная температура Кюри-Вейсса, К Эффективый магнитный момент, д х 1024, Ам2
Gd5Бi3 280526 270 73.54
Gd4.5Ho0.5Бi3 104102.5 220 77.74
Gd4HoБi3 76607.1 186 74.74
Gd3.5Ho1.5Бi3 66089.8 160 79.2
Gd3Ho2Бi3 54945.0 128 80.2
Gd2.5H02.5Бi3 52631.5 114 81.06
Gd2Ho3Bi3 45045.0 102 77.9
Gd1.5Ho3.5Бi3 40816.3 86 77.15
Gd Ho4Бi3 36496.3 74 75.02
Gd0.5Ho4.5Бi3 34013.6 66 73.63
Ho5Бi3 50028 40 94.22
Полученные данные по молярной магнитной восприимчивости и парамагнитной температуры Кюри висмутидов и твёрдых растворов были использованы для определения эффективного магнитного момента ионов РЗЭ (табл. 2).
Таким образом, результаты нашей работы указывают на возможность получения на основе Gd5Bi3 и Но5Б13 твёрдых растворов с повышенными магнитными свойствами.
Поступило 15.07.2013 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абулхаев В.Д. Диаграмма состояния Gd - Б1. - Изв. РАН. Металлы. 1993. №1. с. 187-190.
2. Абулхаев В.Д. Диаграмма состояния Но - Б1. - Изв. РАН. Металлы. 1993. №2. - С. 196-199.
3. Абулхаев В.Д., Рахимов Х.А., Убайдов С.О. Некоторые физические свойства висмутидов редкоземельных элементов состава Ьп5Б13 (Ьп = Бу, Но, Ег, Тт, УЬ, Ьи). Материалы республ. научн.о-теорет.конф.: «Основы педагогико-технологической и технической подготовки преподавателей технологии», посвящ. 35-летию образования кафедры «Тех ническая механика и черчение» и 20-летию образования национальной армии. - Душанбе.: Ирфон, 2013, с. 38-40.
4. Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М.: МГУ, 1963, с. 92.
5. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. - М.: Физматгиз, 1961, 863 с.
Х.А.Рахимов, В.Д.Абулх,аев, И.Н.Ганиев, С.О.Убайдов
ДИАГРАММАИ ХОЛАТ ВА ХОСИЯТХОИ МАГНИТИИ ХУЛАХОИ
СИСТЕМАИ Са5Б1з - ИО5Б1З
Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон
Дар маколаи мазкур натичаи тадкдкрти диаграммаи холат ва хосиятхои магнитии махлулхои сахти системаи ОёбВЬ - ИобЫз оварда шудааст. Тахдили кристаллохимиявй нишон дод, ки махлулхои сахти Оё5-хИохВ1з (х = 0.5-4.5) системаи ОёзВ1з - ИобВ1з дар панчараи ромбии
намуди УбЫэ кристаллизатсия мешаванд. Х,арорати парамагнитии Кюри-Вейсс ва лах,зах,ои магнитии ионх,ои Оё3+ ва Ио3+ муайян карда шудаанд.
Калима^ои калиди: хулауо - диаграммаи уолат - маулулуои сахт - уарорати парамагнитии Кю-ри-Вейсс - таъсирпазирии магнити.
Kh.A.Rahimov, V.D.Abulkhaev, I.N.Ganiev, S.O.Ubaydov STATE DIAGRAM AND MAGNETIC PROPERTIES OF ALLOYS IN THE Gd5Bi3 - Ho5Bi3 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 solid solutions which have been formed in the Gd5Bi3 - Ho5Bi3 system. Crystallochemical investigations have shown, that solid solutions Gd5-xHoxBi3 (x= 0.5-4.5) of the Gd5Bi3 - Ho5Bi3 system crystallizes in rombic Y5Bi3 structural type.Values of Curie temperatures and magnetic moment of Gd3+, Ho3+ ions was defined. Key words: alloys - state diagram - solid solutions - Curie temperatures - magnetic susceptibility.
