Комплексными методами физико-химических исследований: дифференциально-термического (ДТА), рентгено-фазового (РФА), микроструктурного (МСА) анализов, а также измерением микротвердости и плотности изучен характер взаимодействия в системе Sm2Te3-PbTe, и построена диаграмма состояния. Изучены температурные зависимости электропроводности и термоЭДС сплавов системы. Установлено, что при введении Sm2Te3 в состав PbTe образуются твердые растворы, и изменяются некоторые физико-химические свойства. В системе также наблюдается образование соединений состава Sm2PbTe4 и Sm2Pb4Te7.
твердые растворы, микроструктура, дифрактограмма, физико-химический анализ, диаграмма состояния, электропроводность, термоЭДС
Авторами работ [1] рентгенографическим методом исследований теллуриды редкоземельных металлов. В работе [2] изучены диаграммы состояния системы Ln2Te3-PbTe (Ln = Gd, Tb, Dy,Ho,Er,Tm). Но не изучена система Sm2Te3-PbTe.
Целью настоящей работы является изучение взаимодействия бинарных компонентов в системе Sm2Te3- PbTe.
С целью изучения взаимодействия между PbTe и Sm2Te3синтезировали 24 образца из соответствующих элементов. В качестве исходных веществ использовали свинец марки В3000, теллур чистотой 99,999% и самарий, содержащий не более 0,15% примесей. Образцы синтезировали в вакуумированных до 0,133 Па кварцевых ампулах с применением метода вибрационного перемешивания. Ампулы нагревали до 1275 К и выдерживали при этой температуре 4 часа, затем температура поднималась до 1475 К с последующей выдержкой в течение 4 часов и медленно охлаждали с двухчасовой выдержкой при 1125 и 1025 К. Для достижения равновесия в системе PbTe-Sm2Te3 все образцы были поставлены на гомогенизирующий отжиг в течение 500 часов при 875 – 925 К.
Взаимодействие в системе Sm2Te3- PbTe изучали методом дифференциально-термического (ДТА), рентгенофазового (РФА), микроструктурного (МСА) анализов, а также измерением микротвердости, определением плотности и их разреза основания. Впервые была построена диаграмма состояния разреза Sm2Te3- PbTe (рис. 1.)
Рис. 1. Диаграмма состояния системы S3m2Te3- PbTe
Из рис. 1 видно, что диаграмма состояния системы Sm2Te3- PbTe состоит из двух сравнительно простых диаграмм, первая из которых является эвтектической, а во второй Sm2Te3- PbTe компоненты образуют перитектическое соединение и ограниченные твердые растворы на основе PbTe. В системе Sm2Te3- PbTe образуются два химических соединения состава Sm2PbTe4 и Sm2Pb4Te7 и α-твердые растворы на основе PbTe. Из них Sm2PbTe4 плавится при 1260К конгруэнтно, а Sm2Pb4Te7 образуется по перитектической реакции при 1135К.
Sm2PbTe4+Ж→ Sm2Pb4Te7
Методами физико-химического анализа установлено, что соединение имеет узкую область гомогенности, а твердые растворы достигают ~7 моль% при 1090 К. Микроструктуры исследования и определения микротвердости сплавов системы Sm2Te3- PbTe подтверждают результаты ДТА и РФА. Микроструктуры соединений Sm2PbTe4 и Sm2Pb4Te7 и образцы из области твердых растворов однофазны. Состав полученных соединений подтвержден химическим анализом
Таблица 1
Результаты химического анализа теллуроплюмбатов самария
|
Соединение |
Sm% масс |
Pb% масс |
Te% масс |
|||
|
эксп. |
теор. |
эксп. |
теор. |
эксп. |
теор. |
|
|
Sm2PbTe4 |
29,58 |
29,55 |
20,37 |
20,35 |
50,21 |
50,18 |
|
Sm2Pb4Te7 |
14,90 |
14,87 |
41,00 |
40,97 |
44,18 |
44,16 |
На ректогенограммах сплавов состава Sm2Te3- PbTe и Sm2Te3·4 PbTe зафиксированы некоторые новые линии, отсутствующие на рентгенограмм бинарных компонентов Sm2Te3· PbTe и отличающиеся от линии рентгенограмм бинарных компонентов Sm2Te3 и PbTe, а межплоскостные расстояния и интенсивность линии рентгенограмм фаз Sm2Te3·5,6PbTe и PbT при 790-925К указывают на их идентичность (рис.2).
Рис. 2. Системы рентгенограмм некоторых образцов системы:
1.Sm2Te3; 2. Sm2Te3PbTe;3. Sm2Te34PbTe; 4.Sm2Te3·5,6PbTe; 5. PbTe
В рядуSm2Te3→ Sm2PbTe4→ Sm2Pb4Te7 микротвердость образцов уменьшается, а плотность увеличивается. Теллуроплюбаты самария на воздухе не подвергаются изменению, во влажном воздухе гидролизуются с выделением теллуроводорода. Они хорошо реагируют с минеральными кислотами, а их реакция щелочами происходит медленно. Органические растворители на них не действуют.
Рис. 3. Температурные зависимости электропроводности.
1. Sm2Te3PbTe;2. Sm2Te34PbTe;3.Sm2Te3·5,6PbTe
Измерение электрофизических свойств сплавов Sm2PbTe4, Sm2Pb4Te7 и Sm2Te3·5,6 PbTe проводилось в температурном интервале 300÷1200К, компенсационным методом (рис. 3). Sm2PbTe4 является n, а Sm2Pb4Te7 и Sm2Te3·5,6PbTeр типом полупроводников, а ширина их запрещенной зоны 0,63; 0,72; 0,78 эВ соответственно.
Выводы
Впервые построена диаграмма состояния разреза Sm2Te3- PbTe, тройной системы Sm-Pb-Te. Установлено, что в разрезе Sm2Te3- PbTe образуются химические соединения составов Sm2PbTe4, а Sm2Pb4Te7 и узкая область твердых растворов на основе PbTe.
Полученные соединения обладают полупроводниковыми свойствами n и p типов и могут быть использованы в качестве термопереключателей низкотемпературных электрических генераторов.
1. Дэрроу М.С., Уайт В.Б., Рой Р., Изменение твердости при микровдавливании в зависимости от состава для поликристаллических растворов в системах PbS/PbTe, PbSe/PbTe и PbS/PbSe // Журнал материаловедения. - 1969. − №4. − С. 313-319.
2. Валиев В.К. Автореф. канд. дисс. Баку. − 1993.
