ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ Yb–Pb, YbTe–PbTe Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

72

AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 4 2013

УДК 546.668.815.24

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ Yb-Pb, YbTe-PbTe

О.М.Алиев, Д.С.Аждарова, Э.А.Бахшалиева, В.М.Рагимова

Институт химических проблем им. М.Ф.Нагиева Национальной АН Азербайджана

[email protected]

Поступила в редакцию 06.02.2013

Методами физико-химического анализа изучены сечения Yb-Pb и YbTe-PbTe и построены их диаграммы состояния. Подтверждено существование плюмбидов иттербия Yb5Pb3, YbPb, YbPb3 и образование нового перитектического бинарного соединения Yb2Pb и тройного YbPbTe2.

Ключевые слова: солидус, ликвидус, эвтектика, перитектика.

В литературе имеются сведения о двойных системах - Yb-Te [1] и Pb-Te [2], ограничивающих тройную систему Yb-Pb-Te. Диаграмма состояния бинарной системы Yb-Pb в литературе отсутствует. Имеются сообщения [3] о существовании плюмбидов иттербия составов Yb5Pb3, YbPb и YbPb3, их кристаллической структуре, а также о некоторых изученных разрезах тройной системы Yb-Pb-Te [4].

В данном сообщении приводятся результаты исследования фазовых равновесий в двойной Yb-Pb и тройной Yb-Te-PbTe системах.

При исследовании систем пользовались свинцом марки ВЗ, теллуром, очищенным пятикратной перекристаллизацией, и иттербием ИТб-0.

Основными методами исследования служили дифференциально-термический (ДТА), рентгенофазовый (РФА), микроструктурный (МСА) анализы. ДТА проводили на НТР-70, рентгенограммы порошков снимали на дифрактометре ДРОН-3 с Cu^-излучением и Ni-фильтром.

Разрез Yb-Pb. Сплавы системы Yb-Pb синтезировали в двухстенных кварцевых ампулах при 1250-1300 К. Синтезированные сплавы отжигались при температуре 400 К.

Термический анализ отожженных сплавов показал сложное химическое взаимодействие между иттербием и свинцом. По результатам термического анализа построена диаграмма состояния, подтвержденная данными по определению микротвердости, микроструктуры и РФА (рис. 1).

T, K

1400

1200

1000

800

600

400

Рис. 1. Диаграмма состояния системы Yb-Pb.

60

ат. %

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ Yb-Pb, YbTe-PbTe

73

Как видно из рис. 1, на диаграмме наблюдаются четыре изотермические горизонтали. Систему УЬ-РЬ можно представить в виде 4-х самостоятельных частных подсистем: УЪ-УЪ5РЬ3, Yb5Pbз-YbPb, YbPb-YbPbз и YbPbз-Pb. Первая подсистема - сложная, характеризуется наличием перитектического соединения УЬ2РЬ, а остальные подсистемы относятся к эвтектическому типу. Эвтектика между Р-УЬ и УЬ2РЬ соответствует составу 10 ат.% РЬ и температуре 995 К. Добавление иттербия понижает температуру плавления свинца на 90 К. Эвтектическая реакция между свинцом и УЬРЬ3 протекает при 510 К. Между УЬ5РЬ3 и УЬРЬ, УЬРЬ3 и УЬРЬ2 также протекают эвтектические превращения. Координаты эвтектических точек: 45 ат.% РЬ, 1050 К (между УЬ5РЬ3 и УЬРЬ); 65 ат.% РЬ, 805 К (между УЬРЬ и УЬРЬз).

В системе были идентифицированы четыре соединения: УЬ2РЬ, УЬ5РЬ3, УЬРЬ и УЬРЬ3. Соединение УЬ2РЬ (33.3 ат.% РЬ) образуется по перитектической реакции при 1150 К.

УЬ5РЬ3 (62.5 ат.% РЬ) плавится конгруэнтно при 1350 К и является самой высокотемпературной фазой в системе УЬ-РЬ. УЬ5РЬ3 кристаллизуется в гексагональной синго-нии с параметрами решетки: а=9.325, с=6. 929 А. Соединение УЬРЬ (50 ат.% РЬ) плавится конгруэнтно (Г=1165 К) и относится к тетрагональной сингонии (а=5.085, с=4.443 А).

Соединение УЬРЬ3 также плавится без разложения при 985 К и кристаллизуется в кубической сингонии типа АиСи3 с параметром решетки а=4. 865 А.

Ликвидус системы УЬ-РЬ состоит из первичной кристаллизации Р-УЬ, УЬ2РЬ, УЬ5РЬз, УЬРЬ, УЬРЬз и РЬ.

Разрез УЬТе-РЬТе. Сплавы для исследования получали сплавлением шихты РЬТе+ УЪ+Те в эвакуированных кварцевых ампулах в интервале температур 1250-1350 К. После часовой выдержки печь охлаждали до 1000 К, и при этом режиме сплавы отжигали в течение недели.

По данным термического анализа между компонентами протекает сложное химическое превращение. Микроструктурное исследование показало, что сплавы с содержанием теллурида свинца 50 и 65-100 мол.% - однофазные (рис. 2).

г, к 2000

1800

1600

1400

1200

1000

Рис. 2. Диаграмма состояния разреза УЬТе-РЬТе.

УЬТе

20

40 60 мол. %

РЬТе

На основании проведенного физико-химического анализа построена диаграмма состояния системы УЬТе-РЬТе. В системе образуется всего одно тройное соединение -УЬРЬТе2, плавящееся с открытым максимумом при температуре 1350±5 К.

Между УЬТе и УЬРЬТе2 установлено эвтектическое взаимодействие при 1200 К, соста-

74

О.М.АЛИЕВ и др.

ве в 35 мол.% PbTe. Частная система YbPbTe2-PbTe также характеризуется эвтектическим превращением и широкой областью гомогенности на основе теллурида свинца. Координаты эвтектической точки частной системы YbPbTe2-PbTe: 40 мол.% YbTe и 1050 К.

Рентгенофазовый анализ показал, что в области концентраций 0-48.5 мол.% PbTe совместно кристаллизуются теллурид иттербия (YbTe) и тройное соединение YbPbTe2. В интервале концентраций 50-65 мол.% PbTe совместно кристаллизуются YbPbTe2 и a-модификация в интервале 65-100 мол.% PbTe. На рентгенограммах сплавов наблюдаются только линии PbTe. Это подтверждает образование широкой области гомогенности на основе теллурида свинца.

Индицирование рентгенограммы YbPbTe2 показало, что она изоструктурна EuPbTe2 и кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами элементарной ячейки а=4.76, b=9.64, с=11.28 А.

Периоды кубической решетки твердых растворов в зависимости от содержания теллурида иттербия (YbTe) изменяется по закону, близкому к закону Вегарда.

Образование в системе YbTe-PbTe широкой области твердых растворов на основе PbTe подтверждено и данными измерения микротвердости. С увеличением содержания YbTe микротвердость теллурида свинца увеличивается от 44 (PbTe) до 95 кГ/мм2. В гетерогенной области значения микротвердости остаются практически постоянными.

Соединение YbPbTe2 - вещество темно-серого цвета, микротвердость его равна 190 кГ/мм2. Оно устойчиво к воде и воздуху, минеральные кислоты разлагают YbPbTe2.

Таким образом, методами физико-химического анализа исследовано взаимодействие между Yb и Pb, а также YbTe и PbTe и построены их диаграммы плавкости. Подтверждено существование плюмбидов иттербия составов Yb5Pb3, YbPb, YbPb3 и образование нового перитектического бинарного соединения Yb2Pb и тройного - YbPbTe2.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрикосов Н.Х., Зинченко К.А., Елисеев Ж.А. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1970. Т. 6. № 6. С. 1172-1173.

2. Абрикосов Н.Х., Шелимова Л.Е. Полупроводниковые материалы на основе соединений А1УВУ1. М.: Наука, 1975. 190 с.

3. Физика и химия редкоземельных элементов. Справочник (под ред. Гшнайднера К. и Айринга Л.). М.: Металлургия, 1982. 336 с.

4. Алиев О.М., Рагимова В.М., Аждарова Д.С., Бахшалиева Э.А. // Азерб. хим. журн. 2008. № 1. С. 80-82.

Yb-Pb, YbTe-PbTe SiSTEMLeRlNDe FAZA TARAZLIGI

O.M.eiiyev, D.S.ejdarova, E.8.Bax§3liyeva, V.M.Rahimova

Fiziki-kimyavi analiz metodlan ila Yb-Pb-Te tiflti sisteminin Yb-Pb, YbTe-PbTe kasiklari 6yranilmi§ va onlann hal diaqramlan qurulmu§dur. Konqruent ariyan YbPbTe2 peritektik Yb2Pb birla§malarin amala galdiyi mtiayyan edilmi§dir. Yb5Pb3, YbPb va YbPb3 kimi itterbium pltimbidlarin m6vcudlugu stibut olunmu§dur.

Agar sozlsr: solidus, likvidus, evtektika, peritektika.

PHASE EQULIBRIA IN THE SYSTEMS Yb-Pb, YbTe-PbTe

O.M.Aliyev, D.S.Azhdarova, E.A.Bakhshaliyeva, V.M.Ragimova

Yb-Pb and YbTe-PbTe cuts have been studied by physicochemical analysis methods and their state diagrams have been plotted. The existence of ytterbium plumbides Yb5Pb3, YbPb and YbPb3 and the formation of peritectic binary compound Yb2Pb and triple YbPbTe2 have been confirmed.

Keywords, solidus, liquidus, eutectic, peritectic.