Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C

Методом рентгенівського фазового та рентгеноструктурного аналізів досліджено відпалені при 800 °С сплави системи Gd—Si—Ga.

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Головата, Н.В., Марків, В.Я., Білявина, Н.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України 2013
Schriftenreihe:	Украинский химический журнал
Schlagworte:	Неорганическая и физическая химия
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/187998
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C / Н.В. Головата, В.Я. Марків, Н.М. Білявина // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 8. — С. 102-105. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-187998
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1879982023-02-10T01:27:39Z Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C Головата, Н.В. Марків, В.Я. Білявина, Н.М. Неорганическая и физическая химия Методом рентгенівського фазового та рентгеноструктурного аналізів досліджено відпалені при 800 °С сплави системи Gd—Si—Ga. Методом рентгеновского фазового и рентгеноструктурного анализов исследованы отожженные при 800 °С сплавы системы Gd—Si—Ga. The annealed at 800 °C alloys of the іGd—Si—Ga system have been studied by means of X-Ray powder diffraction. 2013 Article Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C / Н.В. Головата, В.Я. Марків, Н.М. Білявина // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 8. — С. 102-105. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 0041–6045 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/187998 669.018.1:862’782’87 uk Украинский химический журнал Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия
spellingShingle	Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия Головата, Н.В. Марків, В.Я. Білявина, Н.М. Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C Украинский химический журнал
description	Методом рентгенівського фазового та рентгеноструктурного аналізів досліджено відпалені при 800 °С сплави системи Gd—Si—Ga.
format	Article
author	Головата, Н.В. Марків, В.Я. Білявина, Н.М.
author_facet	Головата, Н.В. Марків, В.Я. Білявина, Н.М.
author_sort	Головата, Н.В.
title	Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C
title_short	Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C
title_full	Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C
title_fullStr	Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C
title_full_unstemmed	Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C
title_sort	ізотермічний переріз діаграми стану системи gd—si—ga при 800 °c
publisher	Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Неорганическая и физическая химия
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/187998
citation_txt	Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C / Н.В. Головата, В.Я. Марків, Н.М. Білявина // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 8. — С. 102-105. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.
series	Украинский химический журнал
work_keys_str_mv	AT golovatanv ízotermíčnijpererízdíagramistanusistemigdsigapri800c AT markívvâ ízotermíčnijpererízdíagramistanusistemigdsigapri800c AT bílâvinanm ízotermíčnijpererízdíagramistanusistemigdsigapri800c
first_indexed	2025-07-16T09:49:15Z
last_indexed	2025-07-16T09:49:15Z
_version_	1837796537017565184
fulltext	УДК 669.018.1:862’782’87 Н.В.Головата, В.Я.Марків, Н.М.Білявина ІЗОТЕРМІЧНИЙ ПЕРЕРІЗ ДІАГРАМИ СТАНУ СИСТЕМИ Gd—Si—Ga ПРИ 800 oC Методом рентгенівського фазового та рентгеноструктурного аналізів досліджено відпалені при 800 oС сплави системи Gd—Si—Ga. Встановлено існування двох потрійних сполук GdSi0.94–0.6Ga1.06–1.4 (структура типу α-ThSi2) і GdSi0.9–0.6Ga0.1–0.4 (CrB), а також протяжних твердих розчинів на основі більшості подвійних силіцидів i галідів гадолінію. В повному концентраційному інтервалі побудовано ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 oС. ВСТУП. Серед потрійних систем рідкіснозе- мельних металів (РЗМ) з галієм та кремнієм у повному концентраційному інтервалі досліджені лише системи {Ce, Pr, Nd, Sm, Y}—Si—Ga. Авторами [1–6] показано, що взаємодія кремнію та галію з РЗМ веде до утворення незначної кількості потрійних сполук (переважно ізострук- турних) (табл. 1) та протяжних твердих розчинів на основі більшості силіцидів та галідів РЗМ , області гомогенності яких витягнені вздовж від- повідних ізоконцентрат РЗМ . Мета даної роботи — дослідження характе- ру фазових рівноваг у системі Gd—Sі—Ga при 800 oС та вивчення кристалічної структури по- трійних сполук, які в ній утворюються. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА . Сплави виготовлено методом електродугової плавки в середовищі очищеного аргону з гадолінію марки ГдМ-1 (99.85 %), кремнію (99.99 %) та галію ма- рки ГЛ000 (99.999 %). Зливки сплавів запаювали в вакуумовані та заповнені аргоном кварцeві ам- пули і відпалювали у муфельних печах протягом 1400 год при 800 оС. Після відпалу сплави гарту- вали в холодній воді без розбивання ампул. Фазовий склад виготовлених сплавів, а також кристалічну структуру одержаних сполук дослі- Неорганическая и физическая химия © Н .В.Головата, В.Я .Марків, Н .М .Білявина , 2013 Т а б л и ц я 1 Кристалографічні дані потрійних сполук систем РЗМ—Si—Ga Сполука Склад, % ат. Тип структури Періоди гратки, нм Літера- тураРЗМ Ga a b c LaSi1.50–0.82Ga0.50–1.18 33.3 17–39 α-ThSi2 0.42998–0.43162 — 1.44691–1.40911 [1] CeSi1.35–0.70Ga0.65–1.30 33.3 22–43 α-ThSi2 0.42510–0.42536 — 1.42949–1.41241 [2] PrSi1.33–0.7Ga0.67–1.30 33.3 22–43 α-ThSi2 0.42184–0.42208 — 1.43757–1.40768 [3] NdSi1.08–0.68Ga0.92–1.32 33.3 31–44 α-ThSi2 0.42033–0.41919 — 1.44146–1.43002 [4] NdSi1.32–1.14Ga0.68—0.86 33.3 23–29 α-GdSi2 0.421572–0.42073 0.419796–0.42040 1.41025–1.40781 [4] SmSi1.35–1.05Ga0.65–0.95 33.3 22–32 α-GdSi2 0.41777–0.41720 0.41464–0.41429 1.4112–1.41003 [5] SmSi1.0–0.6Ga1.0–1.4 33.3 33–47 α-ThSi2 0.41641–0.41429 — 1.43859–1.42259 [5] SmSi0.8Ga0.2 50 10 CrB 0.436086 1.07934 0.390797 [5] Sm37.5Si17.5Ga45 37.5 45 — — — — [5] GdSi0.9–0.6Ga1.1–1.4 33.3 33–47 α-ThSi2 0.40920–0.41338 — 1.4228–1.4311 * GdSi0.9–0.5Ga .0.1–0.5 50 5–20 CrB 0.43162–0.43436 1.0666–1.0766 0.38761–0.39156 * YSi1.85–1.40Ga0.15–0.60 33.3 5–20 α-GdSi2 0.4068 0.4004 1.362 [6] YSi0.5Ga1.5 33.3 50 α-ThSi2 0.41012 — 1.4290 [6] Y1.11Si1.52Ga0.37 37 12 AlB2 0.39214 — 0.4123 [6] * Результати даного дослідження. 102 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 8 джували методом порошку. Дифрак- тограми сплавів записували в мідно- му фільтрованому випромінюванні на автоматизованому рентгенівсько- му дифрактометрі ДРОН-3 [7] у диск- ретному режимі: крок сканування 0.05о, час експозиції в кожній точці 3–5 с. Первинну обробку дифракційних даних виконували за методом повно- профільного аналізу. При цьому по- ложення центрів ваги піків визначали з похибкою ± (0.001—0.005 o), а інтег- ральні інтенсивності — ± (5–15 %). Рентгенофазовий аналіз для кож- ного з досліджених сплавів проводили за оригінальним комплексом програм з використанням банку еталонних ди- фракційних даних [7]. Еталонні дифрак- тограми готували шляхом розрахунку з використанням літературних даних про кристалічну структуру подвійних сполук систем Gd—Si і Gd—Ga (табл. 2) та чистих металів. З літератури відомо, що система Si—Ga – проста, евтектичного типу [8], а подвійні базисні системи Gd—Si та Gd—Ga, які обмежують потрійну сис- тему Gd—Si—Ga, характеризуються ут- воренням значної кількості інтерметалічних сполук (табл. 2). Дані про наявність та крис- талічну структуру подвійних силіцидів та га- лідів гадолінію перевірені і підтверджені нами дослідженням 10 литих та відпалених при 800 оС сплавів, склади яких відповідають складам ін- терметалідів гадолінію. Виходячи з даних про подвійні інтермета- ліди гадолінію (табл. 2), у системі Gd—Si—Ga ви- готовлено та термічно об- роблено 93 сплави, скла- ди яких переважно розта- шовані на ізоконцентра- тах 33.3, 50, 55, 60 та 62.5 % ат. Gd (рис. 1,a). Резу- льтати дослідження фазо- вого складу цих сплавів вказують на існування в системі Gd—Si—Ga про- тяжних твердих розчи- нів на основі більшості силіцидів і галідів гадо- лінію, границі розчинності яких визначені за кон- центраційними залежностями періодів їх граток. У результаті рентгенівського дослідження показано, що серед силіцидів гадолінію най- більшу кількість третього компоненту розчиняє Т а б л и ц я 2 Кристалографічні характеристики інтерметалідів систем Gd— Si та Gd—Ga Фаза Т , оC та спосіб ут- ворення * Тип структури Періоди гратки, нм Літера- тура a b c Gd5Si3 P, 1748 Mn5Si3 0.8503 — 0.6401 [9, 10] Gd5Si4 P, 1774 Sm5Ge4 0.7500 1.4730 0.7749 [9, 10] GdSi L , 1835 FeB 0.7980 0.3854 0.5749 [9, 10] β-GdSi1.5 P, 1625 — — — — [9, 10] α-GdSi1.5 S , 700 AlB2 0.6869 — 0.4173 [9, 10] β-GdSi2–x (x=0.28–0.11) P, 1590 α-ThSi2 0.4100 — 1.361 [9, 10] α-GdSi2–x (x=0.28–0.11) S , 425– 700 α-GdSi2 0.4067– 0.40808 0.39966– 040041 1.3482– 1.3442 [9, 10] Gd5Ga3 P, 1090 Cr5B3 0.7726 — 1.4170 [11] Gd3Ga2 P, 1110 Gd3Ga2 1.1666 — 1.5061 [11] GdGa P, 1195 CrB 0.4337 1.0977 0.4104 [11] GdGa2 L , 1400 AlB2 0.4224– 0.4270 — 0.4140– 0.4210 [11] GdGa6 P, 405 PuGa6 0.5946 — 0.7601 [11] * Фаза утворюється конгруентно (L ), за перитектичною реакцією (Р), у твердому стані (S ). Рис. 1. Склади досліджених сплавів (а) та ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 oС (б). ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 8 103 Gd5Si3 (~15 % ат. Ga, граничні значення періо- дів граток a =0.8554 нм, c =0.6499 нм). Помітну кількість галію розчиняють також сполуки скла- дів GdSi1.5 i GdSi2–x (5 й 15 % ат. відповідно). Але, незважаючи на гартування у холодній воді, висо- котемпературні β-модифікації силіцидів GdSi1.5 i GdSi2–x (~700 oС) у відпалених при 800 oС по- трійних сплавах GdGaySi1.5–y та GdGaySi2–x–y за- фіксовано не було. За даними фазового аналізу ці сплави містять α-модифікації зазначених ви- ще сполук, що певною мірою можна пояснити близькістю температур розпаду β-модифікації GdSi1.5 і GdSi2–x (табл. 2) та температури відпа- лу сплавів. Виходячи з цього, розчинність галію в існуючих при 800 oС β-GdSi1.5 i β-GdSi2–x при- ведена нами на основі отриманих даних про розчинність галію в низькотемпературних α- GdSi1.5 i α-GdSi2–x (5 й 15 % ат. Ga відповідно). Розчинність кремнію в галідах гадолінію значна і складає (% aт.): ~19 (GdGa2, граничні значення періодів граток a =0.4154, c =0.4118 нм), ~15 (GdGa, a =0.4329, b =1.0913, c =0.4033 нм), ~16 (Gd3Ga2, a =1.1597, c =1.4935 нм) та ~12 (Gd5Ga3 , a =0.7675, c =1.4030 нм). Залежності періодів граток твердих розчинів Gd(Ga,Si)2 і Gd5(Si,Ga)3 від концентрацій Si та Ga пред- ставлені на рис. 2. Окрім зазначених вище твердих роз- чинів на основі подвійних інтерметалідів гадолінію, в системі Gd—Si—Ga іденти- фіковано дві потрійні сполуки, які мають протяжні області гомогенності, витяг- нені вздовж ізоконцентрат 33.3 та 50 % ат. Gd. Дифрактограма сплаву складу GdSi0.9Ga1.1 , який належить області го- могенності першої сполуки (33.3 % ат. Gd, 37–47 % ат. Ga), добре індексується в тетрагональній сингонії з періодами гра- тки а =0.41269(4) нм, с =1.4295(1) нм. Ха- рактерне розташування дифракційних піків та співвідношення їх інтенсивностей дають можливість допустити належність кристалічної структури сполуки 1-GdSi0.9- Ga1.1 до структурного типу α-ThSi2. Від- повідні структурні розрахунки підтверди- ли це припущення. Уточнені значення па- раметрів кристалічної структури сполуки 1-GdSi0.9- Ga1.1 наведені в табл. 3. Область існування другої потрійної сполуки 2GdSi0.9–0.5Ga0.1–0.5 (50 % ат. Gd, від ~3 до ~25 % ат. Ga) безпосередньо прилягає до подвійного силіциду GdSi (структура типу FeB). Дифрактограма сплава складу ~GdSi0.8- Ga0.2 добре індексується в ромбічній сингонії з періодами гратки а =0.4313(1), b =1.0679(4), с = =0.3883(1) нм. Виходячи з отриманих даних про метрику та симетрію цієї фази, а також з поді- бності її дифактограми до дифрактограми под- війного галіду GdGa (табл. 2), розрахунок крис- талічної структури сполуки GdSi0.8Ga0.2 було про- ведено в моделі структурного типу CrB. Резуль- тати, отримані після уточнення параметрів цієї Неорганическая и физическая химия Рис. 2. Концентраційні залежності періодів граток твердих розчинів Gd(Ga,Si)2 (a) та Gd5(Si,Ga)3 (б). Т а б л и ц я 3 Кристалографічні дані потрійних фаз системи Gd—Si—Ga Атом Позиція Заповнення X Y Z 1-GdSi0.9Ga1.1 Gd 4a 1.00(1) 0 0.75 0.125 0.45Si + 0.55 Ga 8e 1.00(1) 0 0.75 0.5433(4) Просторова група I41/amd (№ 141) Періоди кристалічної гратки, нм а =0.41269(4), с =1.4295(1) Температурна поправка, нм2 B =3.62(3)⋅10–2 Незалежні відбиття 75 Фактор недостовірності R I =0.075 2GdSi0.8Ga0.2 Gd 4c 1.00(1) 0 0.1388(8) 0.25 0.8Si + 0.2Ga 4c 1.00(1) 0 0.436(2) 0.25 Просторова група Cmcm (№ 63) Періоди кристалічної гратки, нм а =0.4313(1), b =1.0679(4), с =0.3883(1) Температурна поправка, нм2 B =0.91(1)⋅10–2 Незалежні відбиття 44 Фактор недостовірності R I =0.045 104 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 8 структури даної сполуки (табл. 3), підтвердили правильність зробленого припущення. Ізотермічний переріз діаграми стану систе- ми Gd—Si—Ga при 800 oС, побудований за участю двох, синтезованих вперше, потрійних сполук та твердих розчинів на основі подвійних інтерметалідів гадолінію, наведено на рис. 1,б. ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ. Таким чи- ном, вперше в повному концентраційному ін- тервалі побудовано ізотермічний переріз (800 оС) діаграми стану системи Gd—Si—Ga та до- сліджено кристалічну структуру сполук, які в ній утворюються. Отримані дані доповнюють ная- вні в літературі відомості про характер взаємо- дії Ga та Si з РЗМ . Досліджені на даний час сис- теми {Ce, Pr, Nd, Sm, Y, Gd}—Si—Ga за харак- тером фазових рівноваг та за кристалічними структурами потрійних сполук подібні і характе- ризуються перш за все утворенням протяжних твердих розчинів на основі бінарних інтермета- лідів, області гомогенності яких витягнені вздовж відповідних ізоконцентрат РЗМ . Існування про- тяжних твердих розчинів перешкоджає утворен- ню потрійних фаз. Тому в системах РЗМ—Si— Ga зафіксовано лише незначну кількість сполук, що, як правило, містять 33.3 та 50.0 % ат. РЗМ і мають кристалічні структури, ізоструктурні по- двійним галідам та силіцидам РЗМ (табл. 1). Встановлений характер фазових рівноваг у системі Gd—Si—Ga добре корелює з вивчени- ми раніше концентраційними залежностями ен- тальпій змішування сплавів цієї системи, які бу- ло досліджено методом високотемпературної ізопериболічної калориметрії в роботі [12]. По- казано, що інтегральні ентальпії змішування компонентів як у системі Gd—Si—Ga [12], так і в системі Y—Si—Ga [13] (до 40 % ат. Gd або Y) при заміні галію на кремній практично не змі- нюються, проте суттєво зростають при збіль- шенні у сплаві вмісту гадолінію (ітрію). Саме цей факт вказує, що характер взаємодії компонентів у потрійних системах {Gd, Y}—Si—Ga (а також вочевидь і в інших системах РЗМ—Si—Ga) зна- чною мірою визначається взаємодією компо- нентів у подвійних базисних системах РЗМ—Si та РЗМ—Ga, при цьому вплив взаємодії ком- понентів у системі з силіцієм переважає. РЕЗЮМЕ. Методом рентгеновского фазового и рентгеноструктурного анализов исследованы отож- женные при 800 оС сплавы системы Gd—Si—Ga. Ус- тановлено существование двух тройных соединений GdSi0.94–0.6Ga1.06–1.4 (структура типа α-ThSi2) и GdSi0.9–0.6- Ga0.1–0.4 (тип CrB), а также протяженных твердых ра- створов на основе большинства двойных галлидов и силицидов гадолиния. В полном концентрационном интервале построено изотермическое сечение диаг- раммы состояния системы Gd—Si—Ga при 800 oС. SUMMARY. The annealed at 800 оC alloys of the Gd—Si—Ga system have been studied by means of X-Ray powder diffraction. Two GdSi0.94–0.6Ga1.06–1.4 (α- ThSi2-type structure) and GdSi0.9—0.6Ga0.1–0.4 (CrB-type structure) ternary compounds as well as extended solid solutions on the base of binary compounds was shown to exist. The plot of the isothermal section (800 oC) of the Gd—Si—Ga system was build. ЛІТЕРАТУРА 1. Tokajchuk Y a.O., Fеdorchuk A.A., M okra I.R . // Polish J. Chem. -2000. -74. -P. 745—748. 2. Токайчук Я.О., Федорчук А .О., Мокра І.Р., Бодак О.І. // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім. -2002. -41. -С. 40—45. 3. Токайчук Я.О., Федорчук А .О., Мокра І.Р. // Там само. -2000. -39. -С. 25—29. 4. Tokaychuk Y a.O., Fedorchuk A.O., Bodak O.I., M okra I.R . // J. All. Comp. -2004. -367. -P. 64—69. 5. Токайчук Я.О., Федорчук А .О, Мокра І.Р . // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім. -1999. -38. -С. 31—33. 6. Спека М .В., Бєлявіна Н .М ., Марків В.Я. // Вісн. КДУ. Сер. Фіз.-мат. науки. -1998. -2. -С. 455—463. 7. Марків В.Я., Бєлявіна Н .М . Тез. доп. II міжнар. конф. “КФМ 97”. -Львів: Вид-во наук. тов. Шевченка, 1997. -С. 260—261 8. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под ред. Н .П .Лякишева. -М .: Машинос- троение, 2001. -Т. 2. 9. Еременко В.Н ., Мелешевич К.А ., Буянов Ю.И ., Марценюк П .С. // Укр. хим. журн. -1991. -57, № 10. -С. 1047—1054. 10. Okamoto H . // J. Phase Eq. and Diff. -2009. -30, № 2. -P. 213—214. 11. Palenzona A ., Cirafici S . // Bull. Alloy Phase Diagr. -1990. -11, № 1. -Р. 57—72. 12. Kanibolotsky D.S ., Golovataya N.V., Bieloborodova O.A., L isnyak V .V . // J. Chem. Therm. -2005. -37, № 5. -Р. 449—457. 13. Dubyna V.M ., Bieloborodova O.A ., Z inevich T .M ., Kotova N.V. // J. All. Comp. -2004. -367. -P. 36—40. Київський національний університет Надійшла 26.02.2013 ім. Тараса Шевченка ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 8 105

Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd—Si—Ga при 800 °C

Institution

Ähnliche Einträge