Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

PHYSICOCHEMICAL INVESTIGATION SB2SE3–ND3SE4 SYSTEM

Ganbarova G.T. 1 Sadygov F.M. 1 Ilyasly T.M. 1 Aliev I.I. 2 Mamedova S.G. 1 Cafarbayli S.N. 1
1 Baku State University
2 Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry named after M.F. Nagieva of National Academy of Sciences of Azerbaijan
1472 KB
By the methods of the physico-chemical analysis differential-thermal (DTA), X-ray diffraction, microstructure (MSA), and microhardness measurements and density was studies the character of the interaction in the Sb2Se3–Nd3Se4 system and its T-x diagram was built. It has been established that the join is a quasibinary section of the ternary systems Sb-Nd-Se. The Sb2Se3 base solid solution in the system extends to 2 mol % Nd3Se4, and Nd3Se4–based solid solution extends to ~3 mol % Sb2Se3.
phase diagram
eutectic
quasi-binary
solidus

Халькогениды сурьмы и неодима, а также полученные многокомпонентные фазы на их основе относятся к перспективным веществам для разработки термоэлектрических и фотоэлектрических материалов [4,5]. Сплавы системы с участием неодима обладают также люминесцентными свойствами [7,1]. в последнее время наблюдается повышенный интереса к халькогенидным соединениям сложного состава. Это вызвано, прежде всего, развитием химии этих соединений, а также ростом практического их применения. Поэтому получение материалов на их основе является актуальной задачей и требует фундаментальных поисков.

Создание физико-химических основ получения многокомпонентных фаз с заданными свойствами представляет собой научное и практическое значение. Диаграмма состояния системы Sb2Se3–Nd3Se4 до сих пор не исследована.

Цель настоящей работы является изучение характера химического взаимодействия в системе Sb2Se3–Nd3Se4.

Соединение Sb2Se3 плавится конгруэнтно при 617oC [6] и кристаллизуется в орторомбической сингонии с параметрами элементарной ячейки: a= 11,633; b= 11,780; c= 3,985 A , пр.гр. Pbnm-D2h16 d= 5,843 г/см3, Hμ= 1200 MPa [3].

Соединение Nd3Se4 плавится конгруэнтно при 1750oC и кристаллизуется в кубической сингонии с параметрами решетки: а=8,859 A, пр.гр. I43d [2].

Материалы и методы исследования

При синтезе сплавов системы Sb2Se3–Nd3Se4 использовали исходные материалы: сурьма металлической марки Sb-000, Se марки В-4 и Nd 99,8. Сплавы синтезировали непосредственным сплавлением компонентов Sb2Se3 и Nd3Se4 ампульным методом в температурном интервале 1000–1200оС с последующим медленным охлаждением при режиме выключенной печи. с целью достижения равновесного состояния образцы отжигали при 500оС в течение 140 ч.

Исследование данной системы проводили методами физико-химического анализа: дифференциально-термическим (ДТА), рентгенофазовым (РФА), микроструктурным (МСА), а также определением плотности и измерением микротвердости.

Термограммы записывали на низкочастотном терморегистре НТР-73 со скоростью нагревания 9 град/мин. Дифрактограммы снимали на установке D2 PHASER (Cu Ka-излучение). Микротвердость измеряли на микротвердомере Thixomet SmartDrive при нагрузках, выбранных в результате изучения микротвердости каждой фазы. Микроструктуру сплавов изучали на микроскопе МИМ-8. Для травления шлифов сплавов использовали раствор состава 10 мл НNO3 конц.+ H2O2 = 1:2 – время травления составляло 15–20 сек. Плотность определяли пикнометрическим методом. в качестве рабочей жидкости использовали толуол.

Результаты исследования и их обсуждение

Синтезированные сплавы системы Sb2Se3–Nd3Se4 в интервале концентрации 0–60 мол. % Nd3Se4 компактные черного цвета, остальные сплавы получается виде порошка. Сплавы устойчивы по отношению к воздуху и воде. Концентрированные минеральные кислоты (НNO3, Н2SO4) и щелочи разлагают их.

Методами физико-химического анализа исследована система Sb2Se3–Nd3Se4. Результаты ДТА показали, что все фиксированные термические эффекты на кривых нагревания и охлаждения, обратимые.

gan1.tif

Рис. 1. Дифрактограммы сплавов системы Sb2Se3 – Nd3Se4: 1 – Sb2Se3, 2– 30, 3–70, 4 – 100 мол. % Nd3Se4

gan2.tiff

Рис. 1. Диагамма состояния системы Sb2Se3 – Nd3Se4

Результаты ДТА, измерения микротвердости и определения плотности сплавов системы Sb2Se3–Nd3Se4

Состав, мол %

Термические эффекты нагревания, oC

Плотность,

103 кг/м3

Микротвердость фаз, МПа

Sb2Se3

Nd3Se4

α

β

Р=0,10 H

P=0,25 Н

100

0,0

617

5,85

1200

-

97

3,0

570,610

5,87

1240

-

95

5,0

530,580

5,90

1300

-

90

10

530,580

5,93

-

-

85

15

520

5,97

Эвтек.

Э.втек.

80

20

520,655

6,03

-

-

70

30

520,940

6,10

-

-

60

40

520,1140

6,15

-

-

50

50

520,1275

6,28

-

-

40

60

520

6,37

-

2380

30

70

520

6,43

-

2450

20

80

520

6/54

-

2450

10

90

520

6,68

-

2450

0,0

100

1750

6,72

-

2430

На термограммах сплавов системы обнаружены по два эндотермических эффекта соответствующие ликвидусу и солидусу системы. Микроструктуры сплавов системы Sb2Se3–Nd3Se4 изучали после отжига. МСА сплавов показал, что растворимость компонентов в твердом состоянии на основе Sb2Se3 составляет 2 мол. % Nd3Se4, а на основе Nd3Se4~3 мол. % Sb2Se3. в интервале концентраций 2–97 мол. % Nd3Se4 все сплавы – двухфазные.

Для подтверждения результатов ДТА и МСА сплавов системы проводили РФА.

Результаты РФА показали что дифрактограммы сплавов системы Sb2Se3–Nd3Se4 в пределах 2–97 мол. % Nd3Se4 состоят из линий исходных компонентов, что свидетельствует о двухфазности сплавов (рис. 2).

При определении микротвердости сплавов системы Sb2Se3–Nd3Se4 получено два ряда значений: на светлой фазе (1200–1300) МПа, соответствующие α–твердым растворам на основе Sb2Se3, на серой фазе (2430–2450) МПа, β – твердым растворам на основе Nd3Se4. Нагрузка для α – и β- твердых растворов составляла 0,10 и 0,25 Н, соответственно.

Совокупность результатов ДТА, МСА, РФА, значений микротвердости и плотности позволила построить диаграмму состояния системы Sb2Se3–Nd3Se4 (рис. 1).

Установлено, что система Sb2Se3–Nd3Se4– квазибинарная, эвтектического типа. Ликвидус системы состоит из двух кривых, соответствующих первичному выделению α – и β–твердых растворов, Сплавы до 2 мол. % Nd3Se4 ниже линии солидуса кристаллизуются α-фаза, в пределах 2–97 мол. % Nd3Se4 ниже линии солидуса двухфазные сплавы (α+β), после этого кристаллизуются однофазные сплавы (β-фаза).