CC BY
9DOI: 10.6060/tcct.2017601.5144
Для цитирования:
Мухтарова З.М. Фазовые равновесия в системе YbTe - УЪзОе5. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 1. С. 64-67. For citation:
Mukhtarova Z.M. Phase equilibrium in Ybte-Yb3Ge5 system. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2017. V. 60. N 1. P. 64-67.
УДК 546.668.289.24
З.М. Мухтарова
Зияфат Мамед кызы Мухтарова
Институт катализа и неорганической химии им. акад. М. Нагиева НАН Азербайджана, Баку, пр. Г. Джа-вида, 113, AZ1143 E-mail: [email protected]
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ YbTe - Yb3Ge5
Методами физико-химического анализа ДТА, РФА, МСА, а также измерением микротвердости изучена система YbTe - Yb3Ge5, которая является квазибинарным сечением тройной системы Ge -Te - Yb. Установлено, что диаграмма состояния системы является квазибинарной и относится к эвтектическому типу с монотектикой. Координаты эвтектики: состав 85мол.% Yb3Ge5, температура 915К.
Ключевые слова: полупроводник, неквазибинарное, квазибинарное сечение, микротвердость, эвтектика, фазовая диаграмма
UDC: 546.668.289.24
Z.M. Mukhtarova
Ziyafat M. Mukhtarova
Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry named after acad. M. Nagiyev, Azerbaijan National Academy of Sciences, Javid Ave., 113, Baku, Az1143, Azerbaijan E-mail: [email protected]
PHASE EQUILIBRIUM IN YbTe-Yb3Ge5 SYSTEM
Study of properties of semiconductors developed in close connection with their technical applications. The present work was devoted to study of phase equilibria and character of interaction in YbTe-Yb3Ge5 system. The section of YbTe-Yb3Ge5 in ternary system Ge-Te-Yb is not only scientific, but also practical interest. The section of YbTe-Yb3Ge5 was studied by methods of physical-chemical analysis: differential-thermal (DTA), high temperature differential-thermal (HTDT), X-ray phase, microstructural analysis (MSA), as well as measurement of density and micro hardness. DTA was performed with pyrometer HTP-75 in quartz ampoule pimped off till 0.1333 Pa. HTDT was performed with HTDT-8m (Tmelt.>1500+2000K) by analogical method. X-ray phase analysis was performed by powder method with X-ray diffractometer DRON-2 (CuKa-radiation with Ni-filter). MSA was performed with microscope MIM 8. Micro hardness of alloys
was measured with micro hardness tester PMT-3.Density of alloys was determined by pycnometer test. During investigations of the system we used germanium B-4, tellurium B-3, ytterbium Yb-1. Alloys were synthesized at 1450-1700 K temperature range and at this temperature ampoule was kept 5-6 h. Cooling was performed slowly. DTA shows that on thermograms of alloys of the system have two effects. Obtained effects are endothermic reversible.For confirming the data of DTA, microstructural analysis, as well as measurement of micro hardness were performed with X-ray analysis. As the data show, at the concentration of 15-80 mol% of Yb3Ges monotectic conversion occurs which is confirmed with isothermal line at 1025 K. Thus, it was established that the section of 4YbTe-Yb3Ges is quasibinary cross-section of ternary system Ge-Te-Yb and its diagram is related to eutectic type with monotectics.Eutectic of the system 4YbTe-Yb3Ges corresponds to composition of 85% mol% of Yb3Ges and temperature of 915 K.
Key words: semiconductor, non-quasi binary, quasi binary sections, microhardness, eutectic, phase diagram
В последние годы требования техники к полупроводниковым материалам значительно возросли. Учение о свойствах полупроводников развивалось в тесной связи с их техническими применениями [1, 2].
Большая роль в создании перспективных материалов отводится полупроводниковым системам с участием теллуридов редкоземельных элементов.
Однако узость интервала рабочих температур, плавления и механической прочности ограничивают возможности их практического применения.
Для достижения указанной цели работы необходимо изучение фазовых равновесий и характера взаимодействий в системе YbTe - УЬзОе5 с построением фазовой диаграммы, определением областей гомогенности и новых полупроводниковых фаз.
Разрез YbTe - УЬзОе5 в тройной системе Ое - Те - Yb представляет не только научный, но и практический интерес.
УЬТе. Эта система известна образованием одного соединения YbTe. Соединение YbTe авторы [3, 4] получили из элементов ампульным методом. Температура плавления YbTe = 2003 К. YbTe кристаллизуется в кубической сингонии типа №С1, параметры решетки а = 6,37А [5].
УЬэСег. Соединение YbзGe5 плавится конгруэнтно при 1355 К и претерпевает полиморфное превращение а^Р при 1200 К, существует в виде двух модификаций: а-УЬзОе5 и Р-УЬзОе5. Соединение а-УЬзОе5 имеет кристаллическую структуру типа ТЬзРЬ5, Р-УЬзОе5 относится к гексагональной сингонии с параметрами решетки а = 6,847; с = 4,076 А, пространственная группа (пр.гр.) Р62т. Сингония YbзGe5 гексагональная.
Для определения характера взаимодействия в тройной системе Ge - Те - Yb [6] были исследо-
ваны четыре квазибинарных разреза GeTe - YbTe, GeTe - YbsGes [7], YbsGe7Te2 - Ge, YbsGe7Te2 -YbTe [8] и два неквазибинарных Geo,79Ybo,2i - Te [9] и [Yb3Ge5]o,45[GeTe]o,55 - [Yb3Ge7Te2]o,85[6YbTe]o,i5 [10].
Разрез YbTe - Yb3Ge5 исследован методами физико-химического анализа: дифференциально-термическим (ДТА), высокотемпературным дифференциально-термическим (ВДТА), рентге-нофазовым (РФА), микроструктурным (МСА), а также измерением плотности и микротвердости.
ДТА проводили на пирометре НТР-75 в откачанных до 0,1333 Па кварцевых ампулах: эталоном служил AI2O3. Скорость нагрева достигала 9 - io °С/мин.
ВДТА проводили на термоанализаторе марки ВДТА-8М (Тпл > 1500-2000 К) по аналогичной методике. Опыты проводили в среде гелия марки ВЧ. Чистота газа 99,999. Образцы для ВДТА готовили в виде прессованных штапиков диаметром 5,7-10"3-6-10-3 М и высотой около 5 103 М. В качестве эталонного образца использовали штапик из молибдена. Скорость нагрева и охлаждения составляла 80 К/с.
РФА порошкообразных образцов проводили на рентгенодифрактометре ДРОН-2 на CuKa-излучении с Ni-фильтром.
МСА проводили с помощью микроскопа МИМ-8 на предварительно приготовленных шлифах, полированных пастой ГОИ. Травителем служила смесь 1н HNO3 + H2O2 в соотношении 2:1, время травления 10-15 с.
Микротвердость сплавов измеряли на микротвердомере ПМТ-3 с нагрузкой 0,15 н.
Плотность сплавов определяли пикномет-рически, наполнителем служил толуол.
По результатам, полученным методами физико-химического анализа, построена диаграм-
ма состояния разреза YbTe - Yb3Ge5, которая является квазибинарным сечением тройной системы Ge - Te - Yb.
При проведении исследования системы использовали германий марки В-4, теллур марки В-3, иттербий марки Итб-1.
Синтез сплавов проводили при температуре 1450-1700 К и при этой температуре ампула выдерживалась в течении 5-6 ч. Охлаждение проводилось медленно. Сплавы системы синтезировали взаимодействием стехиометрической смеси Yb, Ge, Te с применением вибрационного перемешивания, причем исходные компоненты (Ge, Te) дополнительно очищались зонной плавкой и вакуумной сублимацией.
После синтеза в ампуле не наблюдалось никаких следов непрореагировавших элементов. Полученные слитки для гомогенизации отжигались в течении 200 ч при 800 К. Однородность синтезированных слитков проверялась методами микростурктурного анализа. Все полученные сплавы системы устойчивы по отношению к воде.
После синтеза и отжига сплавы плотные, компактные, с большим содержанием германия серого цвета с металлическим блеском. Сплавы же, богатые иттербием, пористые и неустойчивые. Минеральные кислоты разлагают их на воздухе.
В таблице приведены составы, результаты ДТА и измерения микротвердости сплавов системы 4YbTe - Yb3Ge5.
Таблица
Состав, результаты ДТА и измерения микротвердости сплавов разреза 4YbTe -Yb3Ges Table. The composition and results of DTA and micro-
№ Состав, мол.% Термические эффекты нагревания, К Микротвердость, кг/мм2
YbTe YbsGes YbTe YbsGes
1 100 - 2005 190
2 90 10 915, 1025, 1600, 190 685
3 95 15 915, 1025, 1160 190 685
4 80 20 915, 1025, 1180 190 685
5 70 30 915, 1025 190 685
6 60 40 915, 1025 190 685
7 50 50 915, 1025 190 685
8 40 60 915, 1025 190 685
9 30 70 915, 1025 190 685
10 20 80 915, 1025 190 685
11 15 85 915 эвтектика
12 10 90 910, 1100 - 685
13 5 95 910, 1250 - 685
14 0 100 1355 - 685
ДТА показывает, что на термограммах сплавов системы имеют по два эффекта. Полученные эффекты эндотермически обратимые.
В интервале концентраций 15 мол.%-80 мол.% Yb3Ge5 химическое взаимодействие между YbTe и Yb3Ge5 ограничено, что обусловлено большой областью расслаивания.
Ж2 + YbTe
Рис. 1. Штрихдиаграмма сплавов разреза 4YbTe —УЪзОе5: 1 - YbTe, 2 - 80 мол.% YbTe, 3 - 50 мол.% YbTe, 4 - 20 мол.% YbTe, 5 -Yb3Ge5 Fig. 1. Stick-diagramma of alloys of 4YbTe-Yb3Ge5 section: 1- YbTe, 2 - 80 mol.% of YbTe, 3 - 50 mol.% of YbTe, 4- 20 mol.% of YbTe, 5 -Yb3Ge5
Рис. 2. Диаграмма состояния разреза 4YbTe -Yb3Ge5 Fig. 2. State diagram of 4YbTe -Yb3Ge5 section
Микроструктура отожженных сплавов показывает, что они двухфазные. Значение микротвердости темной фазы 190 кг/мм2 (YbTe), светлой 685 кг/мм2 (Yb3Ge5). В сплавах, содержащих от 15 мол.% до 80 мол.% Yb3Ge5, обнаружено два
слоя: темный YbTe и светлый YbsGes, что характерно для сплавов из области расслаивания.
Для подтверждения данных ДТА, микроструктурного анализа, а также измерения микротвердости был проведен рентгенофазовый анализ. Путем сопоставления штрихдиаграмм установлено, что сплавы системы содержат лишь линии исходных компонентов (рис. 1).
Учитывая результаты ДТА, МСА, РФА и измерения микротвердости сплавов, построена диаграмма состояния разреза 4YbTe - YbsGes (рис. 2).
Как следует из данных, приведенных на рис. 2, в системе химическое взаимодействие межЛИТЕРАТУРА
1. Коржуев М.А. Электросопротивление и термо э.д.с. теллурида германия. Электронная техника. Сер. 6. Материалы. 1983. № 6 (179). С. 33-39.
2. Еременко В.Н., Мелишевич К.А., Буянов Ю.И. Диаграмма состояния системы иттербий-германий. ДАН УССР. Серия А. 1983. № 3. С. 84-89.
3. Ярембаш Е.И., Елисеев А.А. Халькогениды редкоземельных элементов. М.: Наука. 1975. C. 258.
4. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник. М.: Машиностроение. 2001. Т. 3. С. 383-384.
5. Мухтарова З.М., Курбанов Т.Х., Алиев О.М. Система GeTe-YbTe. Журн. неорган. химии. 1985. Т. 30. № 5. С. 1332-1334.
6. Мухтарова З.М., Бахтиярлы И.Б., Аждарова Д.С.
Фазовое равновесие в системе GeTe-Yb3Ge5. Азерб. хим. журн. 2007. № 4. С.155-157.
7. Бахтиярлы И.Б., Мухтарова З.М., Аждарова Д.С., Мамедов Ф.М. Ликвидус тройной системы Ge-Te- Yb. XVIII Мендел. съезд по общей и прикладной химии. Москва. 2007. Т.1. С. 120.
8. Бахтиярлы И.Б., Мухтарова З.М., Аждарова Д.С., Максудова Т.Ф. О химическом взаимодействии в системах Yb3Ge7Te2-Ge, Yb3Ge7Te2-YbTe. Хим. проблемы. 2007. № 1. С. 92-94.
9. Мухтарова З.М., Бахтиярлы И.Б., Аждарова Д.С. Политермическое сечение Geo,79Yb0,2i-Te тройной системы Ge-Yb-Te. Хим. проблемы. 2007. № 2. С. 383384.
10. Мухтарова З.М., Бахтиярлы И.Б., Аждарова Д.С.
Политермическое сечение [Yb3Ge5]0,45[GeTe]0,55-[Yb3Ge7Te2]0,85[6YbTe]0,15. Азерб. хим. журн. 2008. № 2. С. 100-101.
ду исходными компонентами отсутствует, что отражается на диаграмме состояния большой областью расслаивания YbTe и Yb3Ge5. В интервале концентрации 15-80 мол.% Yb3Ge5 происходит монотектическое превращение, которое соответствует изотермической линии при 1025 К.
Таким образом, установлено, что разрез 4YbTe - Yb3Ge5 является квазибинарным сечением тройной системы Ge - Te - Yb и диаграмма его относится к эвтектическому типу с монотектикой.
Эвтектика системы 4YbTe - Yb3Ge5 отвечает составу 85 мол.% Yb3Ge5 и температуре 915 К.
REFERENCES
1. Korjuyev M.A. The electrical resistance and thermal emf of germanium telluride. Electronic equipment. Ser. 6. Mate-rialy. 1983. N 6. (179). P. 33-39 (in Russian).
2. Yeremenko V.N., Melishevich K.A., Buyanov Yu.I Phase diagram of ytterbium-germanium system. DAN USSR. Seriya A. 1983. N 3. P. 84-89 (in Russian).
3. Yarembash E.I., Eliseyev A.A. Chalcogenides of rare earth elements. M.: Nauka. 1975. P. 258 (in Russian).
4. The state diagrams of binary metallic systems. Directory. M.: Mashinostroenie. 2001. V. 3. P. 383-384 (in Russian).
5. Mukhtarova Z.M., Kurbanov T.Kh., Aliyev O.M. GeTe-YbTe system. Zurn. Neirg. Khimii. 1985. V. 30. N 5. P. 1332-1334 (in Russian).
6. Mukhtarova Z.M., Bakhtiyarly I.B., Azhdarova D.S. Phase equilibria in the system GeTe-Yb3Ge5. Azerbaijan Khim. Zhurn. 2007. N 4. P. 155-157 (in Russian).
7. Bakhtiyarly I.B., Mukhtarova Z.M., Azhdarova D.S., Mamedov F.M. Liquidus of ternary system Ge-Te-Yb. XVIII Mendel. Congress on General and Applied Chemistry. Moscow. 2007. V. 1. P. 129 (in Russian).
8. Bakhtiyarly I.B., Mukhtarova Z.M., Azhdarova D.S., Maksudova T.F. On the chemical interaction in Yb3Ge7Te2-Ge, Yb3Ge7Te2-YbTe. Systems. Khim. problemy. 2007. N 1. P. 92-94 (in Russian).
9. Mukhtarova Z.M., Bakhtiyarly I.B., Azhdarova D.S. Polytermic Ge0.79Yb0.21-Te-section triple Ge-Yb-Te system. Khim. problemy. 2007. N 2. P. 383-384.
10. Mukhtarova Z.M., Bakhtiyarly I.B., Azhdarova D.S. Polytermic-section of [Yb3Ge5]0.45[GeTe]0.55 -[Yb3Ge7Te2]0.85[6YbTe]0.15. Azerbaijan Khim. Zhurn. 2008. N 2. P. 100-101 (in Russian).
Поступила в редакцию 27.10.2016 Принята к опубликованию 16.01.2017
Received 27.10.2016 Accepted 16.01.2017
