Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ AS2TE3-IN2ТE3

Алиев И.И. 1 Ахмедова Дж.А. 2 Шафагатова Г.Г. 3
1 Институт катализа и неорганической химии имени М.Ф. Нагиева Национальной АН Азербайджана
2 Адыяманский государственный университет
3 Азербайджанский государственный педагогический университет
Исследование характера взаимодействия в системе As2Te3-In2Тe3 проведено методами физико-химического анализа ДТА, РФА, МСА, а также измерением микротвердости и плотности, и построена фазовая диаграмма. Выявлено, что система As2Te3-In2Тe3 является квазибинарной эвтектического типа. В системе As2Te3-In2Тe3 в соотношении компонентов 1:1 образуется одно новое химическое соединение состава InAsТe3. Соединение InAsТe3 образуется по перитектической реакции при 395 °С, Ж + In2Тe3↔InAsТe3. Для подтверждения существования соединения InAsТe3 проводили рентгенофазовый анализ сплавов, содержащих 30, 50 и 70 мол. % In2Тe3. На дифрактограммах расположение межплоскостных расстояний и величина интенсивностей дифракционных максимумов но­вой фазы отличаются от таковых исходных компонентов. На основе исходных компонентов обнаружены ограниченные области твердых растворов, которые на основе As2Te3 составляют 3 мол . % In2Te3, а на основе In2Te3 – 5 моль. % As2Te3. Ликвидус системы As2Te3-In2Тe3 ограничивается кривыми моновариантных равновесий γ-фазы InAsТe3 и α-фазы. γ-фазы и InAsТe3 которые между собой образуют эвтектику, состав которой отвечает 15 мол. % In2Тe3 и температура 265 °С. В области концентраций 3–50 мол. % In2Тe3 ниже линии солидуса кристаллизуются двухфазные сплавы (γ+ InAsТe3), а в области 50–95 мол. % In2Тe3 – (α + InAsТe3).
фаза
система
квазибинарный
сингония
солидус
ликвидус
1. Kavetskyya T., Borcs B.J., Sangwal K. Study of indentation microhardness of bismuth-doped As2Se3 glasses. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials-1rapid communication. 2011. Vol. 5. No. 7. July. Р. 755–760.
2. Kassema M., Le Coqa D., Fourmentina M., Hindlea F., Bokovaa M.. Cuisseta A.. Masselina P., Bychkova E. Synthesis and properties of new CdSe-AgI-As2Se3 chalcogenide glasses. Materials Research Bulletin, 2011. Vol. 46. Issue 2, February P. 210–215.
3. Bhawana Dabas, Sinha R.K. Dispersion Properties of Chalcogenide As2Se3 Glass Photonic Crystal Fiber. ICOP 2009-International Conference on Optics and Photonics Chandigarh, India, 30 Oct.-1 Nov.2009. P. 386–388.
4. Катеринчук В.М., Ковалюк З.Д. Морфология поверхности и электрическое сопротивление пленки окисла на InSe // Неорган. материалы. 2011. Т. 47. № 7. С. 449–453.
5. Петрусевич В.А., Сергеева В.М. Оптические и фотоэлектрические свойства In2Te3 // ФТТ. 1960. № 2. C. 2858–2862.
6. Babanly M., Muradova G., Ilyasly T., Babanly D.M. Solid-phase equilibria and thermodynamic properties of the Tl2Se-As2Se3-Se system. J. Inorg. Chem. 2012. v. 57. P. 270–273.
7. Магаммедрагимова Р.С., Алиев И.И.,Алиев О.М., Асадов М.М. Экспериментальное исследование и термодинамическая оценка As2S3-As2Se3-InSe. // Актуальные проблемы Физики Твердого тела: сборник докладов VIII Международной научной конференции (24–28 сентября 2018 г.). В 3-х т. Минск, 2018. Т. 1. С. 79.
8. Худиева А.Г., Ильяслы Т.М., Аббасова Р.Ф., Исмаилов З.И., Алиев И.И. Исследование тройной системы по различным разрезам // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 4–5. С. 902–904.
9. Хворестанко А.С. Халькогениды мышьяка. Обзор из серии «Физические и химические свойства твердого тела». М., 1972. 92 с.
10. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник: В 3т: Т. 3 / Под. Ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001. Т. 3. 872 с.

Системы As2Х3-In2Х3 (Х=S,Se,Te) относятся к системам, содержащим, халькогениды и являются полупроводниками. Их исследование представляет практический интерес, поскольку в рассматриваемых системах образуется ряд фаз, которые служат основой для создания материалов электронной промышленности. Халькогениды мышьяка и сплавы на их основе являются фоточувствительными материалами и используются в ИК-оптике, цветном телевидении и ячейках памяти [1–3].

Сесквихалькогениды сульфиды, селениды и теллуриды индия и твердые растворы на их основе широко применяются как фоточувствительные и термоэлектрические материалы, которые применяются в электронной технике [4, 5]. Поэтому выявление характера фазового равновесия при взаимодействии As2Te3 и In2Тe3 представляется актуальным.

Целью настоящей работы является изучение характера химического взаимодействия в системе As2Se3-In2Te3, а также определение новых фаз и твердых растворов полупроводниковых свойств.

В литературе исследованы многокомпонентные системы с участием халькогенидов мышьяка [6–8].

В настоящей работе приводятся результаты исследования системы As2Te3-In2Тe3 изучения некоторых физико-химических свойств обнаруженных новых фаз. Характеристики исходных компонентов исследуемой системы As2Te3-In2Тe3 приведены ниже.

Соединение As2Te3 плавится по дистектической реакции при 381oC и кристаллизуется в моноклинной сингонии (пр. гр. C2/m) с параметрами решетки: a = 14,339; b = 4,006; c = 9,873 Å, β = 95o [9]. Плотность и микротвердость этого соединения равны ρ = 5,40 г / см3 и Нμ = 860 МПа.

Теллурид индия In2Te3 обладает двумя полиморфными модификациями: высокотемпературная β-модификация плавится конгруэнтно при 667 °C (плотность 5,79 г/см3), а низкотемпературная α-модификация плавится при 617 °C (плотность 5,73 г/см3). α-фаза кристаллизуется в кубической сингонии с параметрами решетки: а = 18,50 Å [10].

Материалы и методы исследования

Синтез сплавов системы As2Te3-In2Тe3 проводился путем непосредственного взаимодействия стехиометрических количеств составляющих компонентов в кварцевых ампулах в вакууме 0,1333 Па. Максимальная температура при этом составляла 1000 °С. С целью достижения равновесного состояния синтезированных сплавов их отжигали при температуре 260 и 390 °С в течение 650 ч.

Диаграмму состояния системы As2Te3-In2Тe3 построили в результате исследования методами ДТА, РФА, MCA и измерением микротвердости и плотности.

ДТА сплавов проводили на приборе TERMOSKAN-2 со скоростью нагрева 10 град/мин. Микроструктуру исследовали с помощью микроскопа МИМ-8 на предварительно отшлифованных и полированных пастой ГОИ образцах. Травителем для выявления микроструктуры служила смесь HN03:H202=2:1, время травления составляло примерно 20 с.

РФА осуществляли на рентгеновском дифрактометре модели D2 PHASER с СиКа-излучением и никелевым фильтром. Образцы для съемки готовили прессованием порошка исследуемого вещества в держателе из слюды. Микротвердость измеряли на микротвердомере ПМТ-3. Для сплавов, богатых Iп2Те3, применялась нагрузка в 15 г, а для остальных сплавов нагрузка составляла 10 г. Плотность полученных сплавов определяли пикнометрическим взвешиванием, в качестве рабочей жидкости был использован толуол.

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные сплавы системы As2Te3-In2Тe3 компактные, от серебристо-серого до черного цвета. Исследованы устойчивости сплавов системы As2Te3-In2Тe3 по отношению к воде, воздуху и органическим растворителям, растворяется в минеральных кислотах и щелочах. Некоторые физико-химические данные сплавов системы As2Te3-In2Тe3 представлены в таблице.

Состав, результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности сплавов системы As2Te3-In2Тe3

Состав мол %

Термические эффекты нагревания, °С

Плотность

103 кг/м3

Микротвердость фаз, МПа

As2Te3

In2Тe3

γ

InAsTe3

α

Р = 0,10H

Р = 0,15H

100

0,0

381

6,25

650

99

1,0

380

6,22

660

   

97

3,0

330,377

6,12

710

95

5,0

300,370

6,00

710

90

10

265,330

5,95

710

85

15

265

5,80

эвт.

эвт.

80

20

265,320

5,75

70

30

265,380

5,66

770

60

40

265,395,460

5,60

770

55

45

265,395,490

5,57

760

50

50

395,525

5,59

730

45

55

350,395,550

5,60

750

40

60

350,395,575

5,63

750

1600

30

70

350,395,600

5,66

760

1600

25

75

350,395,610

5,67

760

1600

20

80

350,440,625

5,68

760

1600

10

90

350,500,550,645

5,69

1600

5,0

95

465,570,600,660

5,70

1650

3,0

97

525,590,665

5,71

1650

0,0

100

617,667

5,73

 

1660

ДТА сплавов системы показал, что на термограммах сплавов системы As2Te3-In2Тe3 обнаружены два или три термических эффекта.

MCA сплавов системы изучали после равновесного состояния. Для выявления границ фаз использовали травитель: состав 10 мл HNO3 + 5 мл H2O2=1:1. В результате изучения микроструктуры сплавов системы установлено, что кроме сплавов из области концентраций 0–3 мол. % и 95–100 мол. % In2Тe3 и 50 мол. % In2Тe3 все сплавы двухфазные.

На основе исходных компонентов обнаружены ограниченные области твердых растворов, которые на основе As2Te3 составляют 3 мол. % In2Te3, а на основе In2Te3 – 5 моль. % As2Te3.

Для уточнения границы области твердых растворов на основе In2Тe3 синтезировали сплавы, содержащие 3, 5, 7 и 10 мол. % In2Тe3. Указанные сплавы отжигали в течение 520 ч, при температурах 100, 200 и 300 °С и закаляли в ледяную воду.

В результате микроструктурного анализа выявлено, что растворимость на основе In2Тe3 при комнатной температуре доходит до 5 мол. % As2Te3, а растворимость на основе In2Тe3 при эвтектической температуре простирается до 10 мол. % As2Te3.

Результаты измерения микротвердости и плотности приведены в таблице. Как видно из таблицы, для γ-фазы микротвердость составляет 650–710 МПа, а для соединения InAsTe3 микротвердость составляет 730–770 МПа. Для α-фазы твердые растворы на основе In2Тe3 соответствуют 1660–1710 МПа. Для подтверждения результатов ДТА, MCA проводили PФA. РФА сплавов подтверждает представленный вид диаграммы состояния.

Для подтверждения существования соединения InAsТe3 проводили рентгенофазовый анализ сплавов содержащих 30, 50 и 70 мол. % In2Тe3. Установлено, что дифракционные максимумы и межплоскостные расстояния, обнаруженные на дифрактограммах 50 мол. % In2Тe3, отличаются от дифракционных максимумов исходных соединений (рис. 1). На дифрактограммах сплавов, содержащих 30 и 70 мол. % In2Тe3 присутствуют линии исходных соединений и новой фазы InAsTe3.

al1.tif

Рис. 1. Дифрактограммы сплавов системы As2Te3-In2Te3: 1 – As2Te3, 2 – 30, 3 – 50 (InAsTe3), 4 – 70, 5 – 100 мол. % In2Te3

Полученные результаты подтверждают, что кроме сплава 50 мол. % In2Тe3, остальные сплавы двухфазные.

На основании физико-химического анализа построили диаграмму состояния системы As2Te3-In2Тe3 (рис. 2). Диаграмма состояния системы характеризуется наличием одного химического соединения InAsТe3. Соединение InAsТe3 образуется по перитектической реакции при 395 °С, Ж + In2Тe3↔ InAsТe3.

al2.wmf

Рис. 2. Фазовая диаграмма системы As2Te3-In2Тe3

Ликвидус системы As2Te3-In2Тe3 ограничивается кривыми моновариантных равновесий γ-фазы, InAsТe3 и α-фазы. γ-фазы и InAsТe3 которые между собой образуются эвтектику, состав которой отвечает 15 мол. % In2Тe3 и температура 265 °С. В области концентраций 3–50 мол. % In2Тe3 ниже линии солидуса кристаллизуются двухфазные сплавы γ+ InAsТe3, а в области 50–95 мол. % In2Тe3 – α + InAsТe3. В интервале концентраций 0–3 мол. % In2Тe3 представляет собой однофазные сплавы, а в пределах 3–95 мол. % In2Тe3 ниже линии солидуса сплавы представляют собой двух фаз (γ + InAsТe3) и (α + InAsТe3).

Заключение

С целью выяснения химического взаимодействия между As2Te3-In2Тe3 в широком интервале концентраций исследована система As2Te3-In2Тe3.

Установлено, что система As2Te3-In2Тe3 является квазибинарной эвтектического типа. В системе при соотношении компонентов 1:1 по перитектической реакции Ж + In2Тe3↔InAsТe3 при 395 °С образуется одно новое химическое соединение состава InAsТe3.

Результаты МСА показали наличие ограниченных областей твердых растворов на основе исходных компонентов, которые на основе As2Te3 составляют 3 мол. % In2Te3, а на основе In2Te3-5 моль. % As2Te3.

Выявлено, что в интервале концентраций 0–15 моль. % In2Te3 из жидкости кристаллизуются γ-фазы, т.е. твердые растворы на основе As2Te3. γ-фаза и InAsТe3 между собой образуют эвтектику с координатами 15 мол. % In2Тe3 и 265 °С. В системе As2Te3-In2Тe3 ниже линии солидуса кристаллизуются двухфазные сплавы (γ + InAsТe3) и (α + InAsТe3).


Библиографическая ссылка

Алиев И.И., Ахмедова Дж.А., Шафагатова Г.Г. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ AS2TE3-IN2ТE3 // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 12-1. – С. 31-35;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=12516 (дата обращения: 20.05.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252