Научная статья на тему 'ХАРАКТЕР ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В ТРОЙНОЙ СИСТЕМЕ Ce–Sb–Te'

ХАРАКТЕР ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В ТРОЙНОЙ СИСТЕМЕ Ce–Sb–Te Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
106
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Azerbaijan Chemical Journal
Область наук
Ключевые слова
тройная система / политермические разрезы / фазообразование / ликвидус. / ternary system / polythermic sections / phase formation / liquidus

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Ф. М. Садыгов, С. Г. Мамедова, Е. К. Джафарова, О. А. Алиев

Комплексом методов физико-химического анализа изучено химическое взаимодействие в тройной системе Ce–Sb–Te по политермическим разрезам Sb2Te3–CeSb, CeTe–Sb, Sb2Te3–Ce, CеSb–CeTe и Sb2Te3–Ce3Te4. Построены диаграммы состояния разрезов и проекция поверхности ликвидуса данной тройной системы и обнаружены новые фазы составов CeSbTe3 и Ce4Sb2Te7.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHARACTER OF PHASEFORMATION IN THE Ce–Sb–Te SYSTEM

By complex of methods of the physico-chemical analysis the chemical interaction in the ternary system Ce–Sb–Te on polythermic sections Sb2Te3–CeSb, CeTe–Sb, Sb2Te3–Ce, CeSb–CeTe and Sb2Te3–Ce3Te4 has been studied. Phase diagrams of sections and the liquidus surface projection of given ternary system are constructed and also new ternary phases of compositions of CeSbTe3 and Ce4Sb2Te7 are found out.

Текст научной работы на тему «ХАРАКТЕР ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В ТРОЙНОЙ СИСТЕМЕ Ce–Sb–Te»

92

AZЭRBAYCAN KiMYA JURNALI № 4 2012

УДК 541.123.3:546.56

ХАРАКТЕР ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В ТРОЙНОЙ СИСТЕМЕ Се-8Ь-Те

Ф.М.Садыгов, С.Г.Мамедова, Е.К.Джафарова, О.А.Алиев

Бакинский государственный университет sadygov-fuad@rambler. ги Поступила в редакцию 28.02.2012

Комплексом методов физико-химического анализа изучено химическое взаимодействие в

тройной системе Ce-Sb-Te по политермическим разрезам Sb2Te3-CeSb, CeTe-Sb, Sb2Te3-Ce,

CеSb-CeTe и Sb2Te3-Ce3Te4. Построены диаграммы состояния разрезов и проекция поверхности ликвидуса данной тройной системы и обнаружены новые фазы составов CeSbTe3 и

Ce4Sb2Te7.

Ключевые слова: тройная система, политермические разрезы, фазообразование, ликвидус.

Исследование химического взаимодействия в системе Ce-BV-X (BV - Sb, Bi; X - Se, Te) представляет интерес в связи с применением редкоземельных элементов при коммутации термоэлементов на основе В^Х3 [1, 2].

Тройная система Ce-Sb-Te ранее была изучена только по квазибинарным разрезам Sb2Te3-Ce2Teз и Sb2Te3- CeTe [3, 4].

В системе Sb2Te3-Ce2Te3 по перитектической реакции при 890 К образуется тройное соединение CеSbTe3. Координаты эвтектики - 25 мол.% Ce2Te3 и 820 К.

В системе Sb2Te3-CeTe по перитектоидной реакции при 850 К образуется тройное соединение Cе4Sb2Te7. Координаты эвтектики - 20 мол.% CeTe и 875 К.

В обеих системах обнаружена растворимость на основе Sb2Te3 до 5 мол.% при 300 К.

Целью настоящей работы является установление характера взаимодействия в тройной системе Ce-Sb-Te по всем концентрационным интервалам и построение фазовой диаграммы системы. Фазовые диаграммы состояния двойных систем, ограничивающих исследуемую тройную систему, взяты из работ [5-9].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исходными материалами для синтеза сплавов служили церий металлический марки "Церий-0", сурьма марки "В-4" и теллур марки "Те-А2".

Сплавы получали непосредственным сплавлением компонентов в вакуумированных кварцевых ампулах при 900-1200 К (в зависимости от состава) с последующим медленным охлаждением в режиме выключенной печи.

Для получения равновесного состояния сплавы подвергали гомогенизирующему отжигу в вакуумированных ампулах при температурах на 50-100 К ниже температуры солидуса в течение двух недель.

Исследования проводили методами ДТА (пирометр НТР-73, Pt-Pt/Rh-термопары), ВДТА (высокотемпературный термоанализатор ВТА-987, W-W/Re-термопары), РФА (дифрактометр ДРОН-2, Cu£a-излучение), МСА (прибор МИМ-7) и измерением микротвердости (прибор ПМТ-3, нагрузка - 20 г).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящей работе приведены экспериментальные данные, полученные при исследовании политермических разрезов Sb2Te3-CeSb, CeTe-Sb, Sb2Te3-Ce, CеSb-CeTe и Sb2Te3-Ce3Te4, и проекция поверхности ликвидуса системы Ce-Sb-Te.

Установлено, что политермические разрезы Sb2Te3-Ce3Te4, CеSb-CeTe и CeTe-Sb (рис.1-3) являются квазибинарными и относятся к простому эвтектическому типу. Имеются узкие области растворимости на основе Sb2Te3 в твердом состоянии.

Т, К

2000

1800 -

1600 ж /

1400 - Ж+СезТе4

1200 -

1000 . Ж+а ^ 880

800 а а+Се3Те4

8Ь2Те3 20 40 60 80 Се3Те4 Мол. % СезТе4

Рис.1 . Политермический разрез 8Ь2Те3-Се3Те4.

Т, К

2200

2100

2000

1900

1800

СеТе 20 40 60 80 Се8Ь

Мол.% Се8Ь Рис 2. Политермический разрез СеТе-Се8Ь.

Т, К 2000

1600

1200

800

400

Ж?

Ж2+СеТе

Ж1;

; Ж!+Ж2 ; , /*Ж+8Ь Ж^СеТе

1100

860

40 60

Мол.% СеТе

СеТе

Рис.3. Политермический разрез 8Ь-СеТе.

Характер химического взаимодействия в указанных разрезах приведен в табл.1. Таблица 1.Характер химического взаимодействия по квазибинарным разрезам в системе Се-8Ь-Те

Разрез Координаты эвтектики Растворимость (300 К), №

состав, мол.% Т, К моль рис.

8Ь2Те3-Се3Те4 75 СезТе4 880 4 СезТе4 1

Се8Ь-СеТе 50 СеТе 1950 - 2

СеТе-8Ь* 95 8Ь 860 - 3

*Примечание: в системе в интервале концентраций 70-90 мол.% 8Ь обнаружена область расслаивания и мо-нотектический процесс, протекающий при 1100 К.

Разрез 8Ь2Те3-Се (рис. 4) является сложным политермическим сечением системы Се-8Ь-Те и пересекает три подчиненные тройные системы: 8Ь2Те3-8Ь-СеТе, Се8Ь-8Ь-СеТе и Се8Ь-Се-СеТе, поэтому диаграмма состоит из трех ветвей первичной кристаллизации фаз а(8Ь2Те3), СеТе и Се.

" т, К 2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600 -

400 8Ь

Мол.% Ce

Рис.4. Политермический разрез Sb2Te3-Ce3.

Часть разреза в интервале концентраций 0-72 мол.% Ce проходит через тройную систему Sb2Te3-Sb-CeTe. В этой части разреза имеются перитектические и эвтектические равновесия при 675, 650, 600 и 550 К соответственно:

Ж+a(Sb2Teз)^y+CeTe, Ж+y^P'+CeTe, Ж+Sb^p+CeTe, Ж^P'+p+CeTe.

В сплавах вторичной тройной системы Sb-CeTe-CеSb при 715 и 850 К протекают перитек-тическая и эвтектическая реакции:

Ж+CеSb^CеSb2+CeTe, Ж^CеSb2+CeTe+Sb.

Во вторичной системе CеSb-CeTe-Ce, которая пересекает разрез, также протекают эвтектическая и перитектические реакции:

Ж^Ce+CeTe+Cе5Sbз (900 К),

Ж+CеSb^Cе4Sbз+CeTe (1250 К),

Ж+Cе4Sbз^Cе5Sbз+CeTe (1050 К),

Ж+ Cе5Sbз^ Cе2Sb+CeTe (950 К).

Для определения границ твердых растворов вблизи 8Ь2Те3 дополнительно синтезирован и исследован ряд сплавов через каждые 0.5 мол.% Се.

Сплавы отжигали при температурах 400, 600 и 800 К в течение 250 ч, а затем закаляли в ледяной воде. Границы растворимости, согласно данным МСА, соответствуют содержанию Се от 3 мол.% при 300 К и 6 мол.% при 800 К.

Разрез 8Ь2Те3-Се8Ь (рис.5) также является неквазибинарным сечением тройной системы Се-8Ь-Те и пересекает два подчиненных треугольника: 8Ь2Те3-8Ь-СеТе и 8Ь-Се8Ь-СеТе.

Рис.5. Политермический разрез 8Ь2Те3-Се8Ь.

В интервале концентраций 0-75 мол.% Се8Ь разрез пересекает вторичную тройную систему 8Ь2Те3-8Ь-СеТе. Ликвидус разреза в этой части диаграммы состоит из двух ветвей первичной кристаллизации - а(8Ь2Те3) и СеТе. Горизонтали при 655, 600, 680 и 560 К отвечают нонвариант-ным равновесиям - перитектическим и эвтектическим соответственно:

Ж+а(8Ь2Те3)^у+СеТе,

Ж+у^Р'+СеТе,

Ж+8Ь^Р+СеТе,

Ж^СеТе+р+ Р'.

Часть разреза в интервале концентраций 75-100 мол.%Се8Ь проходит через тройную систему 8Ь-СеТе-Се8Ь. В этой части разреза имеются перитектическое и эвтектическое равновесия:

Ж^СеТе+Се8Ь2+8Ь (720 К),

Ж+Се8Ь^СеТе+Се8Ь2 (855 К).

Проекция поверхности ликвидуса тройной системы Се-8Ь-Те. Тройная система Се-8Ь-Те

по правилу сингулярной триангуляции делится квазибинарными разрезами Sb2Te3-CeTe (Ce3Te4, Ce2Te3), CeSb-CeTe, CeTe-Sb на 6 вторичных тройных систем: CeSb-Ce-CeTe, CeSb-CeTe-Sb, Sb-CeTe-Sb2Te3, CeTe-Ce3Te4-Sb2Te3, Sb2Te3-Ce2Te3-Te (рис. 6).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Кривые моновариантного равновесия построены по точкам пересечения соответствующих кривых первичной кристаллизации фаз в системах. Путем графических интерпретаций кривых первичной кристаллизации различных фаз и проекций кривых моновариантного равновесия на треугольник были нанесены изотермы.

Ликвидус системы состоит из 20 полей первичной кристаллизации фаз, разделенных 35 кривыми моновариантных равновесий. В системе Ce-Sb-Te самыми обширными являются поля первичной кристаллизации CeTe (50%) и CеSb (15%).

В системе имеются 17 нонвариантных равновесий, из которых 5 (Е1-Е5) являются точками тройных эвтектик, 12 (Р1-Р12) - точками тройной перитектики (табл. 2).

Таблица 2.Нонвариантные равновесия в системе Ce-Sb-Te

Точка Нонвариантное равновесие Т, К

Е1 Ж^Cе2Sb+Ce+CeTe 900

Е2 Ж^CеSb2+Sb+CeTe 715

Е3 Ж^p+CeTe+P' 550

Е4 Ж^Ce3Te4+Sb2Te3+CeTe 615

Е5 Ж^Te+Sb2Te3+CeTe3 525

Р1 Ж+CеSb^Cе4Sb3+CeTe 1250

Р2 Ж+Cе4Sbз^Cе5Sbз+CeTe 1050

Р3 Ж+ Cе5Sbз^ Cе2Sb+CeTe 950

Р4 Ж+CеSb^CеSb2+CeTe 850

Р5 Ж+Sb2Te3^y+CeTe 650

Р6 Ж+y^P'+CeTe 600

Р7 Ж+Sb^p+CeTe 680

Р8 Ж+Ce2Te5^CeTe3+Sb2Te3 510

Р9 Ж+CeTe2^Ce2Te5+Sb2Teз 550

Р10 Ж+Ce4Tell ^CeTe2+Sb2Teз 590

Р11 Ж+Ce SbTeз^Ce4Tell+Sb2Teз 645

Р12 Ж+Ce2Teз^CeSbTeз+Sb2Teз 675

Установлены реакции, соответствующие моновариантным равновесиям и протекающие в тройной системе Ce-Sb-Te (табл.2). В системе обнаружено существование тройных соединений CeSbTe3 и Ce4Sb2Te7.

Сравнивая результаты исследований тройных систем Ln-BV-X (Ln - РЗЭ; BV - Sb, Bi; X - S, Se, Te) [3, 9-13], можно сделать вывод, что во всех системах образуются тройные соединения составов LnBVX3. Самую обширную область в системах составляет поле кристаллизации фазы LnX (>50 мол.%).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрикосов Н.Х., Банкина В.Ф., Порецкая Я.В. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе. М.: Наука, 1975. 220 с.

2. Гольцман Б.М., Кудинова В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3. М.: Наука, 1972. 320 с.

3. Рустамов П.Г., Алиев О.М., Эйнуллаев А.В., Алиев И.П. Хальколантанаты редких элементов. М.: Наука, 1989. 284 с.

4. Мамедова С.Г., Садыгов Ф.М., Бабанлы М.Б. // Вестн. БГУ. Сер. естеств. наук. 2002. № 3. С. 17.

5. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник / Под ред. Лякишева Н.П. М.: Машиностроение. Т. 1. 1996. 992 с.; Т. 2. 1997. 1024 с.

6. Ярембаш Е.М., Елисеев А.А. Халькогениды редкоземельных элементов. М.: Наука, 1975. 260 с.

7. Садыгов Ф.М., Агоммедова Е.Б., Мамедова С.Г. и др. // Республ. науч. конф., посвящ. 90-летнему юбилею БГУ. 2009. С. 79.

8. Чукалин В.И. Автореф. дисс. ... канд. хим. наук. М.: ИОНХ АН СССР, 1968. 21 с.

9. Мамедова С.Г. Автореф. дисс. канд. хим. наук. НАН Аз. Респ. Баку: ИХП, 2005. 22 с.

10. Садыгов Ф.М. // Журн. неорган. химии. 1993. Т. 38. № 6. С. 1061.

11. Садыгов Ф.М. // Журн. неорган. химии, 1999. Т. 44. № 7. С. 1196.

12. Садыгов Ф.М., Ильясов Т.М., Алиев О.М. // Журн. неорган. химии. 1990. Т. 35. № 10. С. 2634.

13. Садыгов Ф.М., Бахтияров И.Б., Гейдарова Э.А. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1987. Т. 23. № 12. С. 1988.

Ce-Sb-Te SiSTEMiNDO FAZA OMOLOGOLMa XARAKTERi

F.M.Sadiqov, S.RMammadova, Y.KXafarova, O.A.Oliyev

Fiziki-kimyavi analizin kompleks metodlan ila Ce-Sb-Te uglu sisteminda kimyavi qar§iliqli tasir Sb2Te3-CeSb, CeTe-Sb, Sb2Te3-Ce, CeSb-CeTe va Sb2Te3-Ce3Te4 politermik kasiklari uzra 6yranilmi§dir. Kasiklarin hal diaqrami, uglu sistemin likvidus sathinin proyeksiyasi qurulmu§dur. Sistemda CeSbTe3 va Ce4Sb2Te7 tarkibli yeni uglu fazalar a§kar edilmi§dir.

Agar sozlzr: uglu sistem, politermik kasiklar, faza amalagalma, likvidus.

CHARACTER OF PHASEFORMATION IN THE Ce-Sb-Te SYSTEM

F.M.Sadygov, S.G.Mamedova, E.K.Jafarova, O.A.Aliyev

By complex of methods of the physico-chemical analysis the chemical interaction in the ternary system Ce-Sb-Te on polythermic sections Sb2Te3-CeSb, CeTe-Sb, Sb2Te3-Ce, CeSb-CeTe and Sb2Te3-Ce3Te4 has been studied. Phase diagrams of sections and the liquidus surface projection of given ternary system are constructed and also new ternary phases of compositions of CeSbTe3 and Ce4Sb2Te7 are found out.

Keywords: ternary system, polythermic sections, phase formation, liquidus.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.