CC BY
42
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН __________________2007, том 50, №1_____________
ТЕХНИКА
УДК 546.861.7
М.Н.Абдусалямова, З.У.Джабуа*, М.Т.Мецхваришвили*
ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВ, КЕРАМИКИ, МОНОКРИСТАЛЛОВ И ПЛЕНОК АНТИМОНИДА ГОЛЬМИЯ
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан Д.Н.Пачаджановым 05.12.2006 г.)
Антимониды редкоземельных элементов обладают рядом уникальных свойств [1].
Гольмий с сурьмой образует 4 соединения: Но58Ь3, Но4БЬ3, НоБЬ и НоБЬ2, причем Но4БЬ3 образуется по перитектической реакции при 1680°С, а при 1450°С он разлагается эв-тектоидно на Но58Ь3 и НоБЬ [2].
В данной статье приводятся данные по технологии получения порошков, керамики, монокристаллов и пленок моноантимонида гольмия.
Экспериментальная часть
1. Синтез порошков
Процесс взаимодействия гольмия с сурьмой при получении моноантимонида гольмия был изучен с применением дифференциально-термического и рентгенофазового методов анализа. Для этого исходные компоненты в виде порошка, взятые в соотношении 1:1 в количестве 1г, прессовали в таблетки, помещали в танталовый тигель и нагревали со скоростью 40°/мин. Процесс образования порошков НоБЬ сопровождается 2 экзоэффектами: начало первого экзоэффекта приблизительно на 80°С (520°С) ниже начала второго сильного экзотермического эффекта(605°С), при котором практически полностью проходит формирование соединения.
Поскольку при 605°С наблюдается мощный экзоэффект, который сильно поднимает температуру, что может привести к плавлению сурьмы, ее улетучивания, то была выбрана постадийная технология.
Начальная температура синтеза была на 100-150°С ниже температуры взаимодействия, и при этой температуре порошки металлов выдерживали около суток. Затем ампулу встряхивали, температуру повышали на 30-50°С, выдерживали еще сутки, и так постепенно температуру доводили до 600°С, и при этой температуре порошки выдерживали 50-70 ч. Полученные порошки подвергали рентгенофазовому анализу, который показал однородность образцов.
2. Гидридный метод получения порошков
Процесс описывается следующей реакцией:
2НоНз + 2БЬ = 2НоБЬ + ЗН2Т
Температура 800-1000°С, общая продолжительность - 7-10часов.
3.Получение керамики
Керамику ИоБЬ получают спеканием таблеток спрессованных порошков ИоБЬ при температуре 0.7-0.8 от температуры плавления моноантимонида (2160°С) в закрытых танталовых тиглях.
4. Рост монокристаллов
Монокристаллы были получены по методу Бриджмена из расплава в закрытой системе. Тигли выточены из танталового стержня.
Порошки, керамика и монокристаллы кристаллизуются в гранецентрированной кубической структуре типа №С1.
5. Технология получения пленок моноантимонида гольмия
Тонкие пленки ИоБЬ были приготовлены впервые методом вакуумно-термического испарения из двух независимых источников гольмия и сурьмы. Приготовление пленок проводилось на модернизированной установке УВН-75Р3 [3]. Гольмий имеет довольно высокую температуру испарения, поэтому его испарение джоулевым испарителем невозможно. Для преодоления этой трудности был сконструирован электронно-лучевой испаритель, который
Рис.1. Схематическое изображение электронно-лучевого испарителя гольмия: 1 - основание; 2 - крепление; 3 - керамические пластинки; 4 - отверстия для крепления спирали; 5 -шпильки; 6 - керамические изоляторы; 7 - держатель; 8, 9 -изолирующие керамические трубки; 10 - тигель; 11 - керамическая трубка; 12 - термопара; 13 - экран; 14 - крепительные винты; 15 - спираль; 16 - крепление спирали; 17 -крепление центральной керамической трубки.
В испарителе анодом служит тигель (10), изготовленный из молибдена. Корпус тигля имеет два отверстия. В верхнее загружается испаряемое вещество (Но), а в нижнее вставляется термопара платина-платинародиевая, которая помещена в двухканальную трубку из алунда (11). Спай термопары касается испарителя. Катодом является вольфрамовая спираль (15), подвешенная на двух алундовых пластинах (З).Керамические трубки (8, 9) надеты на
схематически представлен на рис.1.
опорные шпильки (5), предназначенные для защиты последних от перегрева. Опорные шпильки (5) изолированы алундовыми втулками (6) от корпуса испарителя и служат вводами для катода.
Корпус испарителя состоит из двух частей: верхняя ступенчатая (1) часть сделана из нержавеющей стали и состоит из трех круглых пластинок, имеющих сквозные отверстия для крепительных винтов (14) и опорных шпилек (5) из нержавеющей стали; нижняя часть (2) испарителя сделана из титана для уменьшения веса конструкции.
На нижней части находится резьбовое соединение с держателем (7).
Нагрев тигля до высоких температур происходит за счет его бомбардировки электронами, эмитируемыми катодом при приложении между анодом и катодом напряжения от несколько сот до тысяча вольт. Экран (13) служит для предотвращения процесса возбуждения и ионизации остаточного газа при бомбардировке вторичными электронами технологической оснастки и стенок рабочего объема. Сконструированный испаритель обеспечивает стабильную температуру до 1870 К.
В процессе напыления пленок вакуум в рабочей камере составлял 10 6 мм рт.ст., температура подложки -1130-1140 К, температуры испарителей гольмия и сурьмы соответственно равнялись 1175 К и 870 К. Расстояния от испарителей гольмия и сурьмы до подложки составляли соответственно 50 и 40 мм.
Углы между осями испарителей и нормали поверхности подложки были одинаковыми и были равны 25°. В качестве исходных материалов использовались гольмий марки ГоМ-1 и сурьма марки Су 0000. В качестве подложек служили ситалл, монокристаллический кремний и лейкосапфир. Перед использованием подложки тщательно очищались сначала в смеси плавиковой и азотной кислоты, потом промывались в дистиллированной воде и перед напылением сушились в вакуумной камере в течении одного часа при температуре —1000 К. Толщина приготовленных пленок менялась в пределах 0.7-1.5 мкм.
Фазовый состав приготовленных пленок определялся рентгеновским методом.
Идентификацию полученных дифрактограмм проводили сравнением их с полученными на монокристаллах.
На рис.2 приведена типичная дифрактограмма тонкой пленки моноантимонида гольмия, приготовленной на лейкосапфировой подложке. Нужно отметить, что материал подложки не оказывает заметного влияния ни на кристалличность, ни на фазовый состав приготовленных пленок.
Пленки, так же, как порошки и монокристаллы, кристаллизуются в гранецентрированной кубической решетке типа NaCl.
200
Рис.2. Дифрактограмма пленки HoSb
220
222
Л
1ч20
70
GO so 40
ЗО
2 в
Найденный параметр решетки тонкой пленки (а=0.637нм) несколько выше, чем для монокристаллов (0.613нм).
1. Abdusalyamova M.N., Rachmatov O.I.- Elements, 1998, v.7(3), p.5-11.
2. Abdusalyamova M.N.,Bumashev O.R. J.Less-Common.Met.,1984, v.102, p L19-L22.
3. Технология тонких пленок. Под ред. Л.Маиссела, Р.Глэнга. - т.1, М.: Советское радио, 1977, с.21.
4. Jabua Z.U., Dadiani T.O., Gigineshvili A.V., Stamateli M.I., Lochoshvili T.S. - Georgian Engineering News (GEN), 2004, № 3, p.36-40
М.Н.Абдусалямова, З.У.Джабуа, М.Т.Мецхваришвили ^ОСИЛКУНИИ ХОКА^О, КЕРАМИКА^О, МОНОКРИСТАЛЛ^О ВА ПЛЕНКА^ОИ АНТИМОНИД^ОИ ГОЛМИЙ
Шароити х,осилкунии хоках,о, керамиках,о, монокристаллх,о ва пленках,ои HoSb оварда шудааст.
M.N.Abdusalyamova, Z.U.Jabua, M.T.Meijkcshvili THE RECEIPT OF POWDERS, CERAMICS, SINGLE CRYSTALS AND PLANKS OF ANTIMONIDE OF HOLMIUM
The conditions of receipt of powders, ceramics, single crystals and planks of HoSb have been brought.
Институт химии им.В.И.Никитина АН Республики Таджикистан, Тбилисский технический университет
Поступило 04.12.2006 г.
ЛИТЕРАТУРА
