B Глухий, B Заремба, Г Ничипорук - Дослідження взаємодії компонентів у потрійній системі u-ni-in при 870 k - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK LVIV UNIV.

Серія хім. 2007. Bun. 48. Ч. I. С. 161-165    Ser. Khim. 2007. No 48. Part I. P. 161-165

УДК 546.3-19'682+669.18

ДОСЛІДЖЕННЯ ВЗАЄМОДІЇ КОМПОНЕНТІВ У ПОТРІЙНІЙ СИСТЕМІ U-Ni-In ПРИ 870 K

В. Глухий, В. Заремба, Г. Ничипорук

Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна e-mail: vazar@franko.lviv.ua

Методами рентгенофазового аналізу побудовано ізотермічний переріз діаграми стану системи U-Ni-In при 870 K в повному концентраційному інтервалі. Підтверджено існування раніше відомих сполук UNi4In (структурний тип MgCu4Sn), UNi2In (структурний тип MnCu2Al), U2Ni2In (структурний тип Mo2FeB2) та твердого розчину UNi5-xInx на основі бінарної сполуки UNi5. Вперше виявлено існування та досліджено кристалічну структуру сполуки U3Ni60In8 (власний структурний тип, просторова група Im3m, cI142, a = 1,2185(1) нм). Досліджено твердий розчин заміщення U1-xCexNi4In (x = 0-1).

Ключові слова: Індій, Уран, фазові рівноваги, кристалічна структура, твердий розчин.

Систематичних досліджень взаємодії компонентів у потрійних системах за участю Урану, Індію та rf-металів з метою побудови ізотермічних перерізів діаграм стану до цього часу не проводилось. З літературних джерел відомо про існування ряду тернарних індидів певних стехіометричних складів (UM2In, UMIn, U2M2In; M -rf-метал), для яких досліджено кристалічну структуру та вивчено фізичні властивості. Зокрема в потрійній системі U-Ni-In відомо про існуваннятвердого розчину складу UNi5-xInx на основі бінарної сполуки UNi5 (структурний тип AuBe5) [1] та трьох тернарних індидів - UNi4In (структурний тип MgCu4Sn) [2], UNi2In (структурний тип MgCu2Al) [2] та U2Ni2In (структурний тип Mo2FeB2) [3], дляяки було вивчено ряд фізични властивостей. Згідно з результатами [4] встановлено, що для сполуки UNi4In не характерні магнітні перетворення до 2 К, і вона є парамагнетиком Паулі. Аналогічного висновку дійшли у [2] під час дослідження властивостей сполуки UNi2In. Згідно з результатами досліджень [5] сполука U2Ni2In є неколінеарним низькотемпературним упорядкованим антиферомагнетиком з TN = 14 K. Усі сполуки характеризуються металічним типом провідності.

Мета нашого дослідження - вивчити взаємодію компонентів у системі U-Ni-In з подальшою побудовою ізотермічного перерізу діаграми стану при 870 К та визначити кристалічну структуру нових тернарних сполук, що в ній утворюються.

Вихідними матеріалами для приготування сплавів були компактні метали з чистотою не менше 0,999 мас. часток основного компонента. Кусочки урану попе­редньо очищали розчином азотної кислоти перед зважуванням та внаслідок високої реакційної здатності зберігали під шаром ацетону. Сплави отримували методом електродугової плавки ши ти металів в атмосфері очищеного аргону з викорис­танням губчастого титану як гетера. Гомогенізаційне відпалювання проводили в вакуумованих кварцових ампулах при 870 К протягом місяця. Одержані зразки стійкі на повітрі впродовж довгого часу.

© Глухий В., Заремба В., Ничипорук Г., 2007

162_В. Глухий, В. Заремба, Г. Ничипорук

Длядослідженняфазови рівновагу системі U-Ni-In при 870 К виготовили 54 подвійні і потрійні сплави, які досліджували рентгенівським методом порошка (дифрактометр ДРОН-2.0, FeKa-випромінювання, Si - внутрішній еталон). При тем­пературі відпалювання підтверджено існування таки бінарни сполук системи U-Ni: U6Ni (структурний тип U6Mn), U10Ni13 (власний структурний тип), U11Ni16 (власний структурний тип), UNi2 (структурний тип MgZn2) та UNi5 (структурний тип AuBe5). Сполуку UNi4-x (є- та 5-фази згідно з [6]) синтезувати не вдалося, тому на рис. 1 її позначено пунктирною лінією (лінії рівноваг до неї відсутні). Також при температурі відпалювання підтверджено існування сполуки UIn3 (структурний тип AuCu3) у системі U-In. Подвійні сплави системи Ni-In не виготовляли, оскільки ї синтезували раніше при дослідженні взаємодії компонентів у системах РЗМ-Ni-In [7].

У результаті аналізу порошкограм сплавів побудовано ізотермічний переріз діаграми стану системи U-Ni-In при 870 К (див. рис. 1). При даній температурі підтверджено існування твердого розчину на основі бінарної сполуки UNi5, трьо тернарни індидів UNi4In (структурний тип MgCu4Sn), UNi2In (структурний тип MgCu2Al), U2Ni2In (структурний тип Mo2FeB2) та вперше виявлено існування сполуки U3Ni60In8. Кристалографічні арактеристики ци сполукнаведено в табл. 1.

Сполука UNi4In є кінцевим складом твердого розчину заміщення UNi5-xInx (x = 0-1) на основі сполуки UNi5 вздовж ізоконцентрати 0,167 ат. часток U. Уточнені значенняпараметрів елементарної комірки длянього наведено в табл. 2. При заміні атомів Ni на In відбуваєтьсяпоступове збільшеннязначенняперіоду а і, відповідно, об'єму елементарної комірки, що добре узгоджується з розмірами атомів Ni та In (див. рис. 2). Для решти бінарни сполук розчинності третього компонента не спостерігали.

Кристалічну структуру сполуки U3Ni60In8 досліджено методом монокристала. Треба зазначити, що ця сполука отримана лише у відпалени при 870 К зразка . Монокристали отримали внаслідокспеціальної термічної обробки і досліджували на автоматичному монокристальному дифрактометрі KM-4 CCD (Kuma Diffraction). Кристалічну структуру розв' язано прямими методами й уточнено в просторовій групі

Im 3 m при а = 1,2185(1) нм до R = 0,0426. Структура сполуки належить до нового типу ІМС. Детальніший опис цієї сполуки, її структурни особливостей і взаємов' язків з іншими структурами буде предметом окремої публікації.

Таблиця 1

Кристалографічні характеристики сполук системи U-Ni-In

Сполука

Структур-

Просторова

Символ

Параметри

комірки, нм

Літера-

 

ний тип

група

Пірсона

a

c

тура

U3Ni60In8

U3Ni60In8

Im 3 m

cI142

1,2185(1)

-

*

UNi5-xInx

AuBe5

F 43m

cF24

0,6780-

-

1

x = 0-1

 

 

 

0,6890

 

 

UNi4In

MgCu4Sn

F 43m

cF24

0,6923

-

2

 

 

 

 

0,6959(2)

 

*

UNi2In

MnCu2Al

3

cF16

0,6501

-

2

 

 

/ ill- s ill-

 

0,6515(2)

 

*

U2Ni2In

Mo2FeB2

P4/mbm

tP10

0,7383

0,3570

3

 

 

 

 

0,7395(2)

0,3582(2)

*

* Результати наши досліджень.

Рис. 1. Ізотермічний переріз діаграми стану системи U-Ni-In при 870 К

Таблиця 2

Параметри елементарної комірки твердого розчину UNi5-xInx

Склад

a. нм

V. нм 3

UNi5

0.6788(3)

0.3128(4)

Ui6,5Ni78,5ln5

0.6846(2)

0.3209(3)

Ui6,5Ni73,5lni0

0.6902(1)

0.3288(1)

UNi4In

0.6959(2)

0.3369(3)

Ui6.5Ni60ln23.5*

0.6962(2)

0.3374(3)

: Трифазний зразок.

Рис. 2. Зміна параметрів елементарної комірки твердого розчину UNi5-xInx (x = 0-1) вздовж ізоконцентрати 0.167 ат. часток U

Рис. 3. Зміна параметрів елементарної комірки в межах твердого розчи­ну U1-xСеxNi4In (x = 0-1)

164_В. Глухий. В. Заремба. Г. Ничипорук

Сполука CeNiJn [8]. які UNi4In. кристалізується в структурному типі MgCu4Sn. Нами синтезовано та досліджено зразки складу ^^Се^цт (x = 0-1). Як результат. отримали квазітернарний твердий розчин з повним заміщенням Урану на Церій.

Зміна параметра і об'єму комірки в межах цього твердого розчину заміщення не відповідає правилу Вегарда (рис. 3. табл. 3). При співвідношенні атомних часток U до ат. часток Се як 1 : 1 спостерігається мінімальне значення параметра комірки а і. відповідно. об' єму комірки. Така аномалія у зміні параметрів має місце. ймовірно. внаслідок зменшення ефективного радіуса U або Ce. що зумовлено збільшенням стану валентності якогось із цих компонентів. Оскільки у сполуці Се№4Ьі атоми Церію є чотиривалентними [9]. а вищий стан валентності для них не характерний. то можна припустити. що атоми Урану в цьому твердому розчині мають валентність дещо більшу від чотирьох.

Таблиця 3

Зміна параметрів елементарної комірки в межах твердого розчину ^^Се^цЬ]

Склад

а. нм

V. нм3

UNi4In

0.6959(2)

0.3369(3)

Uo.75Сеo.254Іn

0.6910(1)

0.3300(1)

Uo.5oСеo.5o4Іn

0.6903(1)

0.3289(2)

Uo.25Сеo.754Іn

0.6943(1)

0.3347(2)

Се№4Ьі

0.7060(2)

0.3519(3)

Досліджена потрійна система не має складного характеру взаємодії компонентів - утворюється тільки чотири тернарні сполуки. Вони (за винятком U3Ni60In8) є надструктурами до відомих бінарних сполук (BiF3 MnCu2Al (UNi2In); U3Si2 Mo2FeB2 (U2Ni2In); AuBe5 MgCu4Sn (UNi4In)). Крім того. значний вплив на взаємодію компонентів у потрійній системі має характер взаємодії компонентів у подвійній системі U-In. де утворюєтьсятільки одна сполука UIn3 (структурний тип

AuCu3).

Взаємодію компонентів у споріднених системах U-Ni-{Al. Ga. Sn} вивчено незначно [10]. Тому порівнювати їх можна лише за кількістю. складами та структурою тернарнихсполук. Найбільшу спорідненістьвиявляютьсистеми U-Ni-In та U-Ni-Sn. в якихутворюютьсясполуки зі структурами типів MgCu4Sn. MnCu2Al та Mo2FeB2. Потрійні системи U-Ni-{Al. Ga} "багатші" на тернарні сполуки порівняно із системою U-Ni-In. які суттєво відрізняютьсяякскладами. такі структурою.

1. Blazina Z., Drainer A., Ban Z. Study of substitution in the systems UNi5-xMx (M = In. Sn. Zn) // J. Nucl. Mater. 1981. Vol. 96. P. 141-146.

2. Takabatake T., Fujii H., Miyata S., Kawanaka H., Aoki Y., Suzuki T., Fujita T., Yamaguchi Y., Sakurai J. Physical and Structural Properties of Ternary Uranium Compounds in the U-Ni-Sn and U-Ni-In Systems // J. Phys. Soc. Japan. 1990. Vol. 59. P. 16-19.

3. Peron M.N., Kergadallan Y., Rebizant J., Meyer D., Winand J.M., Swirner S. et al. A new family of actinide ternary intermetallic compounds // J. Alloys Compd. 1993. Vol. 201. P. 203-208.

4. Dhar S.K., Ramakrishnan S., Ghosh K., Chandra G., Vijayaraghavan R. Magnetic behaviour in UNi,In // J. Alloys Compd. 1994. Vol. 205. P. 125-127.

5. Martin-Martin A., Pereira L.C.J., Lander G.H., Rebizant J., Wastin F. et al. Neutron-diffractin studies of single crystal of U2T2In (T = Ni. Pd. Pt) // Phys. Rev. B. 1999. Vol. 59 (N 18). P. 11818-11825.

6. Grogan By J.D., Member B.A., Pleasance R.J. A survey of the uranium-nickel system // J. Institute Met. 1953. Vol. 82. Р. 141-147.

7. Kalychak Ya.M., Zaremba V.I., Pottgen R., Lukachuk M., Hoffmann R.-D. Rare Earth-Transition Metal-Indides. in Gschneidner KA Jr. Pecharsky VK. Biinzli J-C. // Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. Elsevier. Amsterdam. 2005. Vol. 34. dap. 218. P. 1-133.

8. Сыса Л.В., Заремба В.И., Калычак Я.М., Бараняк В.М. Новые тернарные соединения индия с редкоземельными и 3d-металлами со структурой типа MgCu4Sn и ZrNiAl // Вестн. Львов. ун-та. Сер. хим. 1988. Вып. 29. С. 32-34.

9. Kalychak Ya.M. Composition and structure peculiarities of Rare-Earth-Ni-In systems compounds // J. Alloys Compd. 1997. Vol. 262-263. P. 341-345.

10. Villars P. Pearson's Handbook Desk Edition Crystallographyc Data of Intermetallic Phases // The Materials Information Society. Material Park. OH44073. 1997. Vol. 1-2.

INVESTIGATION OF INTERACTION OF COMPOUNDS IN THE TERNARY SYSTEM U-Ni-In AT 870 K

V. Hluhyy, V. Zaremba, G. Nychyporuk

Ivan Franko National University of Lviv, Kyryla & Mefodiya Str., 6, 79005 Lviv, Ukraine e-mail: vazar@franko.lviv.ua

The isothermal section of the system U-Ni-In at 870 K in the full concentration region was studied using X-ray analysis. The existence of the compounds UNi4In (structure type MgCu4Sn). UNi2In (structure type MnCu2Al). U2Ni2In (structure type Mo2FeB2) and solid solution UNi5-xInx based on the binary compound UNi5 was confirmed. The formation of the new compound U3Ni60In8 (own structure type. space group Im 3 m. cI142. a = 1.2185(1) nm) has been revealed. The solid solution U1-xCexNi4In (x = 0-1) was investigated.

Key words: Indium. Uranium. phase equilibria. crystal structure. solid solution.

Стаття надійшла до редколегії 02.10.2006 Прийнята до друку 21.11.2006

Страницы:
1 


Похожие статьи

B Глухий, B Заремба, Г Ничипорук - Дослідження взаємодії компонентів у потрійній системі u-ni-in при 870 k