CC BY
31
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2013, том 56, №8_________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.662.86:669.017.1
Х.А.Рахимов, В.Д.Абулхаев, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев, С.О.Убайдов
МАГНЕТОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Са5В13-Тт5В13
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
В статье приведены результаты исследования магнитных свойств твёрдых растворов, образующихся в системе Gd5Bi3 - Tm5Bi3. Кристаллохимические исследования показали, что твёрдые растворы системы Gd5Bi3 - ^^3 кристаллизуются в ромбической структуре типа Y5Bi3. Определены парамагнитные температуры Кюри и магнитные моменты ионов Gd3+ и Тт3+.
Ключевые слова: сплавы - диаграмма состояния - твёрдые растворы - температура Кюри - магнитная восприимчивость - магнитные моменты.
Ранее диаграммы состояния систем Gd - Bi и Tm - Bi нами были исследованы в полном диапазоне концентраций [1,2]. В указанных системах установлено образование соединений: Gd5Bi3, Gd4Bi3, GdBІ2, Tm5Bi3, TmBi. Соединения Gd5Bi3, Gd4Bi3, GdBІ2 и Tm5Bi3 при 1753, 1853, 1183, 1688 К, соответственно, образуются по перитектическим реакциям, а GdBi и TmBi при 2043 и 2048 К плавятся конгруэнтно.
Среди указанных соединений систем Gd - Bi и Tm - Bi Gd5Bi3 и Tm5Bi3 являются парамагнетиками [3]. В связи с этим определенный интерес представляет исследование магнитных свойств сплавов, содержащих разные ионы РЗЭ. К таким сплавам могут быть отнесены сплавы, образующиеся в системе Gd5Bi3 - Tm5Bi3.
Целью данной работы явилось получение и исследование магнитных свойств сплавов системы Gd5Bi3 - Tm5Bi3.
Материал и методы исследований
Сплавы системы были приготовлены через каждые 10 мол.% Tm5Bi3. В качестве исходных компонентов использовали предварительно синтезированные Gd5Bi3 и Tm5Bi3.
Сплавы системы Gd5Bi3 - Tm5Bi3 синтезировали следующим образом. Порошки предварительно синтезированных Gd5Bi3 и Tm5Bi3, отвечающие конкретному химическому состава сплава, тщательно смешивали, спрессовывали, помещали в герметичный молибденовый тигель и нагревали (со скоростью 20 К/мин) в среде гелия марки ВЧ. Оптимальная температура синтеза составляла 1623±50 К. При этой температуре образцы выдерживали 2-3 ч.
Полученные таким образом сплавы подвергали рентгенофазовому и металлографическому методам анализа. Рентгенофазовый анализ сплавов проводили на дифрактометре «ДРОН-2» с использованием отфильтрованного (фильтр-№) излучения. Металлографический анализ сплавов осу-
ществляли на микроскопе «НЕОФОТ-21».
Микротвердость сплавов и соединений измеряли на микротвёрдомере ПМТ-3.
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
Молярную магнитную восприимчивость (хм) сплавов измеряли в диапазоне температур 298800 К по методике, приведённой в [4].
Результаты исследований и обсуждение
Рентгенографическим исследованием установлено, что сплавы, образующиеся в системе Gd5Bi3 - Tm5Bi3, представляют собой твёрдые растворы замещения Gd5_xTmxBi3 (х= 0.5-4.5), кристаллизующиеся, как и исходные компоненты- Gd5Bi3 и Tm5Bi3, в ромбической сингонии тапа Y5Bi3, c пространственной группой Pnma (табл.1). Из таблицы следует, что параметр элементарной ячейки твёрдых растворов Gd5_xTmxBi3 (х= 0.5-4.5) во всём диапазоне концентраций изменяется почти аддитивно. При этом наибольшую микротвёрдость проявляет твёрдый раствор Gd5_xTmxBi3, содержащий 10 мол.% Tm5Bi 3.
Таблица 1
Кристаллохимические характеристики висмутидов и твёрдых растворов Gd5_x TmxBi3 (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.
вазВіз 0.8245 0.9630 1.2086 2250 9782 9653
Gd4.5^. 5ВІ3 0.8204 0.9578 1.1880 2300 10096 10092
Gd4TmBi3 0.8204 0.9576 1.1842 2280 10173 10168
Gd3.5Tm1.5Bi3 0.8182 0.9516 1.1778 2220 10363 10357
ваЗГт 2Bi3 0.8186 0.9474 1.1986 2208 10265 10262
Gd2.5Tm2.5Bi3 0.8158 0.9438 1.2066 2200 10313 10310
0.8136 0.9418 1.1972 2135 11212 11208
Gd1.5Tm3.5Bi3 0.8114 0.9376 1.1804 2140 10774 10772
GdTm 4Bi3 0.8102 0.9348 1.1686 2060 10958 10954
Gdo.5Tm 4.5Biз 0.8088 0.9304 1.1644 2020 11112 11110
Tm5Bi3 0.8066 0.9278 1.1712 1975 11152 11148
Исследование магнитных свойств показало, что в диапазоне 298-773 К температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости (хП твёрдых растворов Gd5_xTmxBi3 (х= 0.5-4.5) следует закону Кюри-Вейсса, характерному парамагнитным веществам (рис. а, б).
Значения Хп и парамагнитной температуры Кюри (0],) твёрдых растворов, определённой экстраполяцией линейной части зависимости 1/ %т -Т к оси температур, приведены в табл.2. Как видно из таблицы, во всем диапазоне концентраций значения молярной магнитной восприимчивости и парамагнитной температуры Кюри твёрдых растворов Gd5_xTmxBi3 (х= 0.5-4.5) выше, чем %т и 0Р Тт5В^, а также выше 0Р тулия (20 К) [5]. Исходя из этого, можно предположить, что магнетизм твёрдых растворов Gd5_xTmxBi3 (х= 0.5-4.5), как и самих редкоземельных элементов, устанавливается под действием косвенного обменного взаимодействия через электроны проводимости, так называемым взаимодействием Рудермана-Киттеля-Касуи-Иосиды (РККИ) [6]. Для твёрдых растворов Gd5_xTmxBi3, с нашей точки зрения, обменное взаимодействие определяется взаимодействием по линии: Gd - Gd, поскольку, как видно из табл. 2, с увеличением концентрации гадолиния в твёрдых растворах растет их молярная магнитная восприимчивость и парамагнитная температура Кюри.
2
ц--------,-------1--------------■----------------------*------1-------1-------
400 500 600 700 800 Т, К
Рис. Температурная зависимость обратной молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Gd5-ЛШЗь, (х= 0.5-4.5), содержащих: (1)-10, (2)-20, (3)-30, (4)-40, (5)-50, (6)-60, (7)-70, (8)-80, (9)-90 мол.% Tm5Bi3 в
диапазоне температур 298.. .400 К (а) и 400...773 К (б).
Таблица 2
Магнитные свойства соединений и твёрдых растворов Gd5_xTmxBiз (х= 0.5-4.5) при 298 К
Индивидуальные соединения и твёрдые растворы Молярная магнитная восприимчивость ^ х 106 при 298 К Парамагнитная температура Кюри 0р, К Эффективный магнитный момент ионов РЗЭ Цэфф., х 10 , А • м2
Gd5Bi3 280526.0 270 73.54
Gd4.5Tm0.5Bi3 53571.4 158 69.55
Gd4TmBi3 44470.5 128 72.15
Gdз.5TmL 5Biз 41388.8 118 71.6
Gd3Tm2Bi3 39462.3 112 71.03
Gd2.5Tm2.5BІ3 36089.2 96 70.85
Gd2Tm ^3 32117.2 76 70.0
Gdl.5Tmз. 5Biз 30521.7 68 69.55
GdTm4Bi3 29075.6 60 68.9
Gd0.5Tm4.5Bi3 27007.6 44 68.7
Tm5Bi3 26318.2 12 68.7
Следует отметить, что рассчитанные по данным эксперимента эффективные магнитные моменты ионов гадолиния и тулия твёрдых растворов Gd5-xTmxBi3 (х= 0.5-4.5) ( табл. 2) оказались близки к таковым трёхзарядным ионам гадолиния и тулия [5].
Таким образом, результаты данной работы указывают на возможность получения на основе Gd5Bi3 и Тт5В^ твёрдых растворов Gd5-xTmxBi3 (х= 0.5-4.5) с повышенными магнитными свойствами.
Поступило 15.07.2013 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абулхаев В.Д. - Изв. РАН. 1993. №1. с. 187-190.
2. Абулхаев В.Д. - Неорган. материалы. 2003. т.39. №1. с. 54-57.
3. Абулхаев В.Д., Рахимов Х.А., Убайдов С.О. - Мат-лы респ. науч.-теор. конф.: «Основы педагоги-ко-технологической и технической подготовки преподавателей технологии», посвящ. 35-летию образования кафедры «Техническая механика и черчение» и 20-летию образования национальной армии. - Душанбе: Ирфон. 2013. с. 38-40.
4. Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М.: Изд. МГУ. 1963. с. 92-94.
5. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов. - М.: Наука, 1975, 270 с.
6. Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. - М.: Наука, 1980, 239 с.
Х.А.Рахимов, В.Д.Абулх,аев, И.Н.Ганиев, С.О.Убайдов ХОСИЯТ^ОИ МАГНИТИИ ХУЛАХ,ОИ СИСТЕМАИ Gd5Biз-Tm5Biз
Институти химияи ба номи И.И.Никитини Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон
Дар макола натичаи тадкдкд хосиятхои магнитии махлулхои сахте,ки дар системаи ОёбЫз - ТшбЫз хосил мешаванд, оварда шудааст. Тахдили кристаллохимиявй нитон дод, ки махдулхои сахти системаи ОёбЫз - ТшбЫз дар панчараи ромбии намуди Y5Bi3 кристаллизатсия
мешаванд. Х,арорати парамагнитии Кюри ва лах,зах,ои магнитии ионх,ои Gd3+ ва Tb3+ муайян карда шудаанд.
Калима^ои калиди: хулауо - диаграммаи уолат - маулулуои сахт - уарорати Кюри - таъсирпази-рии магнити - лаузаи магнити.
Kh.A.Rakhimov, V.D.Abulkhaev, I.N.Ganiev, S.O.Ubaydov MAGNETIC PROPERTIES OF ALLOYS OF Gd5Bi3 - Tm5Bi3 SYSTEM
V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikstan The abstract comprises the results of investigation of magnetic properties of solid solutions which have been formed in the Gd5Bi3 - Tm5Bi3 system. Crystallochemical investigations have shown, that solid solutions of the Gd5Bi3 - Tm5Bi3 system crystallizes in rombic Y5Bi3 structural type. Values of Curie temperatures and magnetic moment of Gd3+, Tm3+ ions was defined.
Key words: alloys - state diagram - solid solutions - Curie temperatures - magnetic susceptibility - magnetic moment.
