Взаимодействия в бинарных и квазибинарных разрезах тройной системы Ho–As–S

Аннотация: Комплексными методами физико-химического анализа исследована тройная система Ho—As—S. Результаты термического анализа показали, что в системе при соотношении компонентов 1:1 образуется соединение состава HoAsS, плавящееся при температуре 1630К. На основе рентгенографического анализа рассчитаны параметры элементарной ячейки. Установлено, что соединения кристаллизуются в ромбической сингонии с параметрами a =0,745, b = 0,403, c = 0,981нм. В системе Ho—AsS со стороны AsS обнаружена область стеклообразования доходящего до 7 ат.% гольмия. Эвтектика в системе HoAsS—S отвечает составу 92 мол.% AsS и температуре 275К, а в системе

HoAsS—Ho отвечает составу 25 мол.% AsS и температуры 1210К

Ключевые слова: анализ, система, температура, кристаллизация, стеклообразование, полупроводники

В литературе отсутствуют сведения о диаграмм состояния двойной системы Ho—S, но имеются отрывочные данные об образовавшихся соединениях [1–4].

С целью построения диаграмм состояния Ho—S нами исследованы сплавы системы Ho—S через каждый 5–10 %. Синтез сплавов проводился при 685К в вакуумированных ампулах до 10^-4 мм рт. ст., затем загруженная ампула помещалась в печь. Результаты исследования приведены в таблице 1.

С целью получения полупроводниковых материалов с магнитными ионами нами было изучено различные разрезы тройной системы Ho—As—S.

Тройные соединения редкоземельных элементов (РЗЭ) с участием халькогенов обладают комплексом функциональных свойств, которые нашли техническое применение в различных областях современной техники [4,5].

При синтезе тройных сплавов использовали гольмий марки А—1, мышьяк марки А—5, сера марки В—5. Синтез проводили в двух температурных печах с вращением печи со скоростью 9 град/мин.

таблица 1.

Состав и некоторые физико-химические свойства сплавов системы Ho—S

Синтезированные сплавы получены в виде тонкодисперсных черных порошков. После синтеза продукты реакции в этих же ампулах отличались при температурах 1100–1700 и 1300К.

По результатам исследования построена диаграмма состояния бинарной системы Ho—S (рис.1.). Как видно в системе образуются три соединения HoS, Ho₂S₃ и Ho₅S₇. Первые два плавятся конгруэнтно при температурах 1810К и 1695К, а третья образуется по следующим перитектическим реакциям при температуре 1355К:

Рис. 1. Диаграмма состояния бинарной системы Ho—S

Рентгенографические данные, т.е. параметры решетки совпадают с литературными данными [4].

Для измерения физических свойств полученные порошкообразные образцы прессовали под давлением 8–10 т/см² в параллелепипеде (12—8—4 мм³) и отжигали в вакууме при 1050К в течение 4 месяцев для соединений HoS s = 8,2 ∙ 10^-3 Ом^-1 ∙ см^-1, для соединений Ho₂S₃ s = 2,5 ∙ 10^-5 Ом^-1 ∙ см^-1, а для соединений Ho₅S₇ s = 1,5 ∙ 10^-6 Ом^-1 ∙ см^-1.

Разрез As—HoS

Синтез сплавов системы проводили подобно сплавов системы Ho—S. Получены компактные слитки до 60 ат.% As, после этого до 100% HoS получены пористые и порошкообразные сплавы. Полученные сплавы отжигали при температуре 1200К, время отжига составляло 250 часов, после чего проводили исследования образцов системы.

Дифференциально-термический анализ проводили на пирометре НТР-70 и на приборе ВДТА-987. Рентгенофазовый анализ сплавов проводили на приборе Philips X’Pert MPD дифрактометр, микроструктурный анализ на микроскопе МИМ-7, а микротвердость на микротвердомере ПМТ-3.

По результатам термического анализа показали, что в системе при соотношении компонентов 1:1 образуется соединение состава HoAsS, плавящееся при температуре 1630К. Соединение образуется дистектикой, разделяет общую систему на две части подсистемы HoS—HoAsS и HoAsS—As. Обе подчиненные системы эвтектического типа эвтектика имеет состав 26 и 87 мол.% мышьяка (рис. 2) в системе HoS- As.

Таб.2.

Составы и некоторые физико-химические свойства сплавов системы HoS—As

Рис. 2. Диаграмма состояния HoS—As

На основе рентгенографического анализа рассчитаны параметры элементарной ячейки. Установлено, что соединения кристаллизуются в ромбической сингонии с параметрами a =0,745, b = 0,403, c = 0,981нм.

Соединения HoAsS обнаружены так же в системе Ho—AsS. Диаграмма состояния системы представлена на рис. 3. Соединение HoAsS образуется в точке пересечения разрезов Ho—AsS и HoS—As. На основе исходных компонентов не обнаружена область растворимости.

Рис. 3. Диаграмма состояния Ho—AsS

В системе Ho—AsS со стороны AsS обнаружена область стеклообразования доходящего до 7 ат.% гольмия. Полученные стекла вишнево-красного цвета. Эвтектика в системе HoAsS—S отвечает составу 92 мол.% AsS и температуре 275К, а в системе

HoAsS—Ho отвечает составу 25 мол.% AsS и температуры 1210К (рис. 3).

Литература:

1. A.A. Елисеев. Хальколантанаты редких элементов, М.: «Наука», 1989, 288с.
2. П.Г. Рустамов, О.М. Алиев. Редкоземельные полупроводники ( Под. ред. В.П. Музе) Баку, Элмлер, 1981 с. 93-133
3. Ю.Д. Третьяков, В.И. Путляев. Введение в химию твердофазных материалов. Учебное пособие, Химия, 2013, 253с.
4. Н.П. Лякишев. Диаграмма состояния двойных систем Т.2 1024 с., 1997, М.: Машиностроение
5. Ильяслы Т.М., Алиева К.М., Исмаилов З.И., Аббасова Р.Ф., Мамедова Л.А., Вейсова С.М. Фазообразование в системе Ho—As—Te. Сборник научных трудов по материалам международной конференции, часть 1, Санкт-Петербург, 2018.
6. Мамедов Н.В., Ильяслы Т.М., Аллазов М.Р. Промежуточные фазы в системах Cr—Zn—S (Ln—Dy, Ho, Er, Tm), ECYN4 (49), 2018, c.264—268.