CC BY
37
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2011, том 54, №7___________________________________
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.66286:669.017.1.
С.О.Убайдов, В.Д.Абулхаев, Ю.С.Азизов, М.А.Балаев, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев
МАГНЕТОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Gd4Sb3-Tb4Bi3
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
В статье приведены результаты исследования магнитных свойств твердых растворов, образующихся в системе Gd4Sb3 - Tb4Bi3. Кристаллохимические исследования показали, что твердые растворы системы Gd4Sb3 - Tb4Bi3 кристаллизуются в кубической структуре типа анти-T^P^ Определены парамагнитные температуры Кюри и магнитные моменты ионов Gd3+ и Tb3+.
Ключевые слова: сплавы системы - диаграмма состояния - твердые растворы - температура Кюри - магнитная восприимчивость - магнитные моменты.
Ранее диаграммы состояния систем Gd - Sb и Tb - Bi были исследованы в полном диапазоне концентраций [1,2]. В указанных системах установлено образование соединений: Gd5Sb3, Gd4Sb3, GdSb, GdSb2, a-Tb5Bi3, Tb4Bi3, TbBi. Соединения Gd5Sb3, Gd4Sb3, GdSb2, a-Tb5Bi3 и Tb4Bi3 и при 1913, 2043, 1053, 1763, 1873 К, соответственно, образуются по перитектическим реакциям, а GdSb и TbBi при 2403 и 2033 К плавятся конгруэнтно. Обнаружен полиморфизм соединения a-Tb5Bi3. Его высокотемпературная модификация P-Tb5Bi3 существует при 1683 К и выше.
Среди указанных соединений систем Gd - Sb и Tb - Bi Gd5Sb3, Gd4Sb3, a-Tb5Bi3 и Tb4Bi3 при комнатной температуре являются сильными парамагнетиками с температурой Кюри 263, 235, 142 и 128 К [3-5], соответственно.
В связи с этим определенный интерес представляет исследование магнитных свойств сплавов, содержащих ионы разных РЗЭ. К таким сплавам могут быть отнесены сплавы, образующиеся, например, в системе Gd4Sb3 - Tb4Bi3.
Целью данной работы явилось получение и исследование магнитных свойств сплавов системы Gd4Sb3 - Tb4Bi3.
Сплавы системы были приготовлены через каждые 10 мол.% Tb4Bi3. В качестве исходных компонентов использовали предварительно синтезированные Gd4Sb3 и Tb4Bi3.
Сплавы системы Gd4Sb3 - Tb4Bi3 синтезировали следующим образом. Порошки предварительно синтезированных Gd4Sb3 и Tb4Bi3, 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 1723±50 К. При этой температуре образцы выдерживали 2-3 ч.
Полученные таким образом сплавы идентифицировали рентгенофазовым и металлографическим методами анализа. Рентгенофазовый анализ сплавов проводили на дифрактометре «ДРОН-2» с
Адрес для корреспонденции: Абулхаев Владимир Джалолович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: [email protected]
использованием отфильтрованного (фильтр-№) Си Ка излучения. Металлографический анализ сплавов осуществляли на микроскопе типа «НЕОФОТ-21».
Микротвердость сплавов и соединений измеряли на микротвёрдомере ПМТ-3.
Молярную магнитную восприимчивость (%м) сплавов измеряли в диапазоне температур 298800 К по методике, приведенной в [6].
Рентгенографическим исследованием установлено, что сплавы, образующиеся в системе Gd4Sb3 - ТЬ4Б13, представляют собой твёрдые растворы замещения Gd4-xSb3-yTbxBiy (х= 0.4-3.6; у= 0.32.7), кристаллизующиеся, как и исходные компоненты- Gd4Sb3 и Т^Б^, в кубической сингонии типа анти-ТЬ3Р4. (табл.1). Из таблицы следует, что параметр элементарной ячейки твёрдых растворов Gd4_ xSbз_yTbxBiy (х= 0.4-3.6 ; у= 0.3-2.7) во всём диапазоне концентраций изменяется почти аддитивно. При этом наибольшую микротвёрдость проявляет твёрдый раствор Gd2.4Sb1.8Tb1.6Бi1.2, содержащий 40 мол.% 3.
Таблица 1
Кристаллохимические характеристики исходных компонентов и твердых растворов Gd4_xSb3_yTbxBiy
(х= 0.4-3.6; у= 0.3-2.7)
Индивидуальные соединения и твёрдые растворы Параметр элементарной ячейки, ± 0.0005 нм Плотность расчётная, кг/м3 Микротвёрдость, МПа
Gd4Sbз 0.9220 8474 4800
Gd3.6Sb2.7Tb0.4BІ0.3 0.9228 8679 5200
Gd3.2Sb2.4Tb 0.8Ві0.6 0.9238 8878 5450
Gd2.8Sb2 ГЬі .2ВІ0.9 0.9247 9079 5700
Gd2.4Sb1.8Tb1.6BІ1.2 0.9258 9272 5900
Gd2SЬ1.5Tb2Bi1.5 0.9266 9474 5800
Gd1.6SЬ1.2Tb 2.4^1.8 0.9276 9666 5700
Gdl.2SЬo.91Ь2.8BІ2.1 0.9287 9868 5350
Gd0.8SЬ0.6Tb3.2BІ2.4 0.9295 1005 5100
Gd0.4SЬ0.3Tb3.6BІ2.7 0.9305 1024 4900
Tb4Bi3 0.9314 1043 4300
Исследование магнитных свойств показало, что в диапазоне 298-800 К температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Gd4-xSb3-уТЬхВіу (х= 0.4-3.6; у= 0.3-2.7) следует закону Кюри-Вейсса, что характерно парамагнитным веществам.
На рис. а, б представлена температурная зависимость обратной величины молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Gd4_xSb3_yTbxBiy
150 200 250 300 350 400
а
400 450 500 550 600 650 700 750 800
б
Рис. Температурная зависимость обратной молярной магнитной восприимчивости твёрдых растворов Gd4-xSbз-yTbxBiy, содержащих: (1) - 10, (2) - 20, (3) - 30, (4) - 40, (5) - 50, (6) - 60, (7) - 70, (8) - 80, (9) - 90 мол.% ТЬ^^ в диапазоне температур 298...400 К (а) и 400...773 К (б).
Таблица 2
Магнитные свойства соединений и твердых растворов Gd4.xSb3.yTbx Б1 у (х= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7) при 298 К
Индивидуальные соединения и твердые растворы Хт х 106 при 298 К 0Р, К Цэфф., xio , А^м2
Gd4Sb3 124444.4 235 73.4
Gd3.6Sb2.7Tb0.4Bi0.3 184939.5 255 74.0
Gd3.2Sb2.4Tb 0.8Bi0.6 174002.0 250 75.7
Gd2.8Sb2 Tbl.2Bi0.9 122641.4 228 76.9
Gd2.4Sb1.8Tb1.6Bi1.2 87378.6 195 78.6
Gd2Sbi.5Tb2Bii.5 84909.0 187 80.5
Gd1.6Sb1.2Tb 2.4Bi1.8 83556.0 180 81.6
Gd1.2Sb0.9 Tb2.8Bi2.1 82432.8 173 84.2
Gd0.8Sb0.6Tb3.2Bi2.4 80890.2 165 86.0
Gd0.4Sb0.3Tb3.6Bi2.7 79031.6 156 88.0
Tb4Bi3 74977.0 130 89.6
(х= 0.4-3.6; y= 0.3-2.7) в диапазоне 298-800 К.
Значения Хт и парамагнитной температуры Кюри (0p) твёрдых растворов, определенной экстраполяцией линейной части зависимости 1/х« - Т к оси температур, приведены в табл.2. Как видно из таблицы, рост молярной магнитной восприимчивости и парамагнитной температуры Кюри твёрдых растворов проявляется в диапазоне концентраций 0-20 мол.% Tb4Bi3. В остальном диапазоне концентраций значения Хи и 0Р уменьшаются.
Установлено, что х« и 0Р твёрдых растворов в диапазоне концентраций 10-20 мол.% Tb4Bi3 превышает х« и 0Р Gd4Sb3, а в диапазоне 10-90 мол.% Tb4Bi3 превышает х« и 0Р Tb4Bi 3. С нашей точки зрения, это объясняется тем, что тербий, замещая атомы гадолиния в кристаллической решетке Gd4Sb3 , усиливает обменное взаимодействие по линии связи Gd-Tb, влияние которой на магнитные свойства твёрдых растворов максимально в диапазоне 10-20 мол.% Tb4Bi3.
Повышенные значения Хм и 0Р твёрдых растворов в диапазоне концентраций 10-90 мол.% Bi3, по сравнению таковыми для Tb4Bi3, можно объяснить влиянием на их магнитные свойства обменного взаимодействия по линии связи Gd-Gd и Gd-Tb.
Следует отметить, что рассчитанные по данным эксперимента эффективные магнитные моменты (Цэфф.) ионов гадолиния и тербия тведых растворов Gd4_xSb3_yTbx Bi y (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7), (табл. 2), оказались близки к таковым трехзарядных ионов гадолиния и тербия [7].
Таким образом, результаты данной работы указывают на возможность получения на основе Gd4Sb3 и Tb4Bi3 твердых растворов Gd4-xSb3-yTbxBiy (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7) с повышенными магнитными свойствами.
Поступило 04.05.2011 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Abdusalyamova M.N., Bumashev O.R., Mironov K.E. - J Less-Common Metals.
2. Абулхаев В.Д. - Изв. РАН. Металлы, 1997, №4, с. 105-108.
3. Абдусалямова М.Н., Абулхаев В.Д., Чечерников В.И. - Изв. АН СССР, Неорганические. материалы , 1981, т.17, №12, с.2271-2273.
4. Назаров Х.Х., Абулхаев В.Д., Ганиев И.Н. - ДАН РТ, 2005, т. 58. № 1-2, с. 85-89.
5. Холов Н.Ш, Абулхаев В.Д., Ганиев И.Н., Назаров Х.Х. - ДАН РТ, 2008, т. 51,№ 7, с. 526-531.
6. Чечерников В.И. - Магнитные измерения. - М.: МГУ, 1963, с.92.
7. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. - Металловедение редкоземельных металлов. - М.: Наука, 1975, 270 с.
С.О.Убайдов, В.Д.Абулхаев, Ю.С.Азизов, М.А.Балаев, И.Н.Ганиев
ХОСИЯТ^ОИ МАГНЕТОХИМИЯВИИ ХУЛАХ,ОИ СИСТЕМАИ Gd4Sb3-Tb4Bi3
Институти химияи ба номи И.И.Никитини Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон
Дар мадола натичаи тахкидоти хосиятхои магнитии махлулхои сахте,ки дар системаи Gd4Sb3-Tb4Bi3 хосил мешаванд оварда шудааст. Тахлили кристаллохимиявй нишон дод, ки махлулхои сахти Gd4-xSb3-yTbxBiy (х= 0.4-3.6; y= 0.3-2.7) системаи Gd4Sb3-Tb4Bi3 дар панчараи кубии намуди anti-Th3P4 кристаллизатсия мешаванд. Хдрорати Кюри ва моментхои магнитии ионхои Gd3+ ва Tb3+ муайян карда шудаанд.
Калима^ои калиди: хулауои ситема - диаграммаи уолат - маулулуои сахт - уарорати Кюри -таъсирпазирии магнити - моменти магнити.
S.О.Ubаydоv, V.DAbulkhaev, U.SAzizov, MA.Balaev, I.N.Ganiev MAGNETOCHEMISTRY PROPERTIES OF ALLOYS OF Gd4Sb3 - Tb4Sb3 SYSTEM
V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan The abstract comprises the results of investigation of magnetic properties of solid solutions which have been formed in the Gd4Sb3 - Tb4Sb3 system. Crystallochemical investigations have shown, that solid solutions Gd4-xSb3-yTbxBiy (х= 0.4-3.6; y= 0.3-2.7) of the Gd4Sb3 - Tb4Sb3 system crystallizes in cubical anti-Th3P4 structural type. Values of Curie temperatures and magnetic moment of Gd3+, Tb3+ ions was defined.
Key words: alloys of system - state diagram - solid solutions - Curie temperatures - magnetic susceptibility - magnetic moment.
