Р Матвіїшин, П Демченко, В Павлюк - Ізотермічний переріз діаграми стану системи er-co-si при 873 к - страница 1

Страницы:
1  2 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія хім. 2009. Bun. 50. С. 59-65

VISNYK LVIV UNIV. Ser. Chem. 2009. Is. 50. P. 59-65

 

 

УДК 54-19:669.018+548.736

ІЗОТЕРМІЧНИЙ ПЕРЕРІЗ ДІАГРАМИ СТАНУ СИСТЕМИ Er-Co-Si ПРИ 873 К

 

Р. Матвіїшин, П. Демченко, В. Павлюк

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

Методами рентгенофазового та рентгеноструктурного аналізів досліджено фазові рівноваги у системі Er-Co-Si при 873 К. Системі Er-Co-Si притаманне утворення достатньо великої кількості тернарних сполук і твердих розчинів на основі бінарних фаз. Підтверджено існування восьми тернарних сполук, відомих у літературі, та знайдено п'ять нових: ErCo9Si4, Er1-r(Co1-ySiy)5+2l, ErCoSi3, ~Er4CoSi4 та ~Er50Co10Si40. Методом монокристала підтверджено кристалічну структуру сполуки Er2Co3Si5 (структурний тип U2Co3Si5, просторова група Ibam, a = 9,4367(19), b = 11,416(2), c = 5,4832(11) A, R1 = 0,0722, wR2 = 0,1801).

Ключові слова: тернарні силіциди РЗМ, фазові рівноваги, кристалічна структура.

Вивчення взаємозв'язку "склад-структура-властивості" залишається однією із провідних тенденцій у сучасній хімії інтерметалічних сполук. Для прогнозування і створення нових матеріалів, які б володіли корисними для практичного застосування характеристиками, необхідно володіти інформацією про характер утворення, фазові рівноваги та кристалічну структуру сполук - ймовірних „кандидатів" для створення нових матеріалів. Мета нашої роботи - узагальнення досліджень взаємодії компонен­тів у потрійній системі Er-Co-Si, побудова ізотермічного перерізу діаграми стану при 873 К та визначення кристалічної структури тернарних фаз.

Потрійну систему Er-Co-Si систематично не досліджували, однак у літературі є відомості про утворення дев' яти тернарних сполук: із тетрагональною структурою ErCo2Si2 [1-4] та ErCo9Si2 [5], 4 з ромбічною ErCoSi [6-8], ErCoSi2 [6, 9-10], Er2Co3Si5 [11] та Er3Co2Si3 [12], 3 з моноклінною Er2CoSi2 [13], Er3CoSi3 [14] та Er5Co4Si14 ("Er3Co2Si7") [6, 15]. Розчинність Силіцію у бінарній фазі Er2Co17 вивчено у [16]. Нещодавно ми синтезували нову тернарну сполуку, що має значну область гомоген­ності Er1-x(Co1-ySiy)5+2x структурного типу TbCu7, та визначили її кристалічну структу­ру методом монокристала на прикладі складу Er085Co431Si [17]. У праці [18] синтезо­вано та методом монокристала досліджено кристалічну структуру сполуки ErCo5Si3 (структурний тип UCo5Si3), яка стабілізується домішками Оксигену або Нітрогену. Попередні результати дослідження системи Er-Co-Si наведено у праці [19].

Для синтезу сплавів використано компактні метали та напівметали такої чис­тоти: ербій (Ames Lab, 4N 99,99 ат. %), кобальт (К0, 99,98 мас. %), монокристалічний силіцій (ЭКДБ, 99,99 мас. %). Сплави для дослідження отримано сплавлянням шихти з вихідних компонентів, зважених з точністю до 0,001 г, в електродуговій печі на мідному водоохолоджуваному поді за допомогою вольфрамового електрода, що не

 

 

© Матвіїшин Р., Демченко П., Павлюк В., 2009


1 


- ErCo9Si4

2  - ErCo9Si2

3  - Eri-x(Coi-ySiy)

4  - ErCo2Si2

5  - Er2Co3Si5

6  - ErCoSi3

7  - Er5Co4Si14

8  - ErCoSij

9  - ErCoSi

 

10 - Er2CoSi2

11 - Er3CoSi3

12 - ~Er4CoSi4 CoSi

13  - ~Er50Co10Si40


Si


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Er

 


Рис. 1. Ізотермічний переріз діаграми стану системи Er-Co-Si при 873 K

Таблиця 2

 

Сполука Структурний тип Просторова група Символ Пірсона, Z

 

Параметри комірки, А

Об'єм комірки V, А3

Лінійний коефіцієнт поглинання, мм-1

Інтервал зйомки 2 6*мін-2 бмах, °

Граничні значення h, k, l

Кількість виміряних/ незалежних рефлексів

Метод уточнення

Дані / обмеження / параметри

ОооІ~ по F2

Фактори розбіжності [F2 > 2o(F2)] Коефіцієнт екстинкції

mm

U2Co3Si5 Ibam oI40, 4

a = 9,4367(19), b = 11,416(2), c = 5,4832(11)

590,7(2) 18,616

4,32 - 25,01 °

0 £ h £ 11, 0 £ k £ 13, 0 £ l £ 6

287 / 286

Повноматричний МНК по F2

287/0/27 1,175

R1 = 0,0722, wR2 = 0,1801

0,0003(7)?

3,589 та -6,050 e/А3

 


У праці [11] синтезовано сполуку Er2Co3Si5 та вивчено її кристалічну структуру методом порошку. Сполука кристалізується у ромбічній сингонії і належить до структурного типу U2Co3Si5. Проте для цієї сполуки не виключеним варіантом є моноклінна сингонія та структурний тип Lu2Co3Si5, який є деформованим похідним від U2Co3Si5. З метою перевірки цього припущення із сплаву складу Er20Co30Si50 відібрано монокристал та проведено його рентгеноструктурне дослід­ження. Аналіз одержаних результатів (табл. 2) підтвердив, що структура сполуки Er2Co3Si5 належить до ромбічного структурного типу U2Co3Si5, оскільки розшифрування та уточнення кристалічної структури в припущенні моноклінної комірки виявилися незадовільними.

Міжатомні віддалі добре узгоджуються із сумою атомних радіусів відповідних елементів, а їхнє скорочення знаходиться у межах, допустимих для інтерметалічних сполук.

Ізотермічні перерізи діаграм стану систем R-Co-Si (де R - рідкісноземельний метал ітрієвої підгрупи) побудовано для Y при 1073 K (0-33,3 ат. % Y) та при 873 К (33,3-100 ат. % Y) [27], Gd при 773 K [28] та Tb при 1073 K [29]. За характером фазових рівноваг (кількість тернарних сполук та їхній склад, утворення й протяжність твердих розчинів на основі бінарних сполук) система, досліджена нами, є подібною до системи з Тербієм. У системах R-Co-Si найпоширеніші склади тернарних сполук: RCoSi2, RCoSi, RCo2Si2, R2Co3Si5 та RCoSi3.

1.       Rossi D., Marazza R., Ferro R. Lattice parameters of some ThCr2Si2-type phases in ternary alloys of rare earths with cobalt (or iron) and silicon (or germanium) // J. Less-Comm. Met. 1978. Vol. 58. P. 203-207.

2.       Leciejewicz J., Kolenda M., Szytula A. Neutron diffraction study of RECo2Si2 intermetallics // Solid State Comm. 1983. Vol. 45. P. 145-148.

3.       Yakinthos J.K., Routsi C., Schobinger-Papamantellos P. The antiferromagnetic structure of ErCo2Si2 by neutron diffraction // J. Magn. Magn. Mater. 1983. Vol. 30.

P. 355-358.

4.       Demchenko P., Konczyk J., Bodak O. et al. Erbium Dicobalt Disilicide, ErCo2Si2 // Acta Crystallogr. 2005. Vol. E61. P. i218-i220.

5.       Pourarian F., Malik S.K., Boltich E.B. et al. Structure and magnetic properties of RCo9Si2 systems // IEEE Trans. Magn. 1989. Vol. 25. N 5. P. 3315-3317.

6.       Яровец В.И. Исследование тройных систем иттрий-{железо, кобальт, никель}-кремний и родственных им кристаллических структур и некоторых физических свойств тернарных соединений: Автореф. дисс. ... канд. хим. наук. Львов, 1979.

7.       Dwight A.E., Vaishnava P.P., Kimball C.W., Matykiewicz J.L. Crystal structure and Mossbauer effect study of equiatomic (Sc, Y, Ln)-Co-(Si, Ge, Sn) ternary compounds (Ln = Gd-Tm, Lu) // J. Less-Comm. Met. 1986. Vol. 119. P. 319-326.

8.       Konczyk J., Demchenko P., Matvijishyn R. et al. Single crystal structure investigation of some phases in Er-Co-Si system // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім. 2006. Вип. 47.

С. 41-46.

9.       Pelizzone M., Braun H.F., Mtiller J. Magnetic properties of RCoSi2 compounds

(R = rare earth) // J. Magn. Magn. Mater. 1982. Vol. 30. P. 33-36.

10.    Andre G., Bouree F., Oles A., Sikora et al. Magnetic order in ternary ErCoSi2 compound // J. Magn. Magn. Mater. 1993. Vol. 124. P. 69-74.

11.    Гореленко Ю.К., Сколоздра Р.В., Дутчак Я.І. та ін. Кристалічна структура та магнітні властивості сполук R2Co3Si5 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) // Укр. фіз. журн. 1985. Т. 30. № 2. С. 301-304.

12.    Welter R., Ijjaali I., Venturini G., Malaman B. Crystal structure of the new silicide Dy3Fe2Si3 // J. Alloys Comp. 1997. Vol. 257. P. 196-200.

13.    Merlo F., Pani M., Fornasini M.L. Crystal structure and electrical properties of the new R2TSi2 compounds (R = rare earths; T = Fe, Co) // J. Alloys Comp. 2004.

Vol. 372. P. 80-87.

14.    Merlo F., Fornasini M.L., Pani M. On the existence and the crystal structure of novel R3TSi3 intermetallic phases (R = rare earth; T = Fe, Co, Ni) // J. Alloys Comp. 2005. Vol. 387. P. 165-171.

15.    Salvador J.R., Malliakas C., Gour J.R., Kanatzidis M.G. RE5Co4Si14 (RE=Ho, Er, Tm, Yb): Silicides Grown from Ga Flux Showing Exceptional Resistance to Chemical and Thermal Attack // Chem. Mater. 2005. Vol. 17. N 7. P. 1636-1645.

16.    Zhang L., Zeng D.C., Liang Y.N. et al. Magnetic properties of Er2Co17-xSix compounds // J. Magn. Magn. Mater. 2000. Vol. 214. P. 31-36.

17.    Demchenko P., Konczyk J., Bodak O. et al. Single crystal investigation of the new phase Er085Co431Si and of CoSi // Chem. Met. Alloys. 2008. Vol. 1. P. 50-53.

18.    Matvijishyn R., Pavlyuk V., Marciniak B., Rdzycka-Sokolowska E. Crystal structure of the ErCo5Si3 compound // X International Conference on Crystal Chemistry of Intermetallic Compounds / Coll. Abstr. Lviv, September 17-20 2007. P. 134.

19.    Матвіїшин Р., Павлюк В., Демченко П. Ізотермічний переріз діаграми стану системи Er-Co-Si при 870 К // XI наук. конф. "Львівські хімічні читання - 2007": Зб. наук. праць, 30 травня-1 червня, 2007. Львів, Україна, 2007. С. Н28.

20.    Kraus W., Nolze G. PowderCell for Windows (version 2.4). - Berlin: Federal Institute for Materials Research and Testing, 1999.

21.    Schwarzenbach D. Program LATCON. - Switzerland: UNI Lausanne, 1975.

22.    Oxford Diffraction, CrysAlis CCD. Version 1.170. Oxford Diffraction Ltd., Abingdon.

Oxford (England), 2004.

23.    Oxford Diffraction, CrysAlis RED. Version 1.171. Oxford Diffraction Ltd., Abingdon.

Oxford (England), 2005.

24.    Sheldrick G. M., SHELXS97 and SHELXL97 - WinGX Version. Release 97-2,

University of Gottingen, Germany. 1997.

25.    Walker N., Stewart O. Program DIFABS // Acta Cryst. A. 1983. Vol. 39. P. 158-160.

26.    Gelato L.M., Parthe E. STRUCTURE TIDY - a computer program to standardize crystal structure data // J. Appl. Cryst. 1987. Vol. 20. P. 139-143.

27.    Бодак О., Гладышевский Е., Яровец В., Бублик Т. Система Y-Co-Si // Всесоюзное совещание по химии твёрдого тела: Тез. докл. Свердловск, 1975. Ч. 4. С. 61-62.

28.    Wu S., Yan J., Zhang L. et al. Phase Relationship in the Gd-Co-Si System at 500°C // J. Alloys Comp. (in press).

29.    Belan B., Bodak O., Kryvulya L. The ternary system Tb-Co-Si: phase equilibria, crystal structure of compounds // 14th Intern. Conf. on Solid Compounds of Transition Elements / Book of Abstr. Linz, 2003. P. 01-03.

ISOTHERMAL SECTION OF THE Er-Co-Si SYSTEM PHASE DIAGRAM AT 873 K

R. Matvijishyn, P. Demchenko, V. Pavlyuk

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

The phase equilibria of the Er-Co-Si system at 873 K were investigated using X-ray phase and structural analyses. The system Er-Co-Si is characterized by formation of sufficiently large number of ternary compounds and of solid solutions based on binary phases. The existence of 8 well-known compounds was confirmed and 5 new compounds were found: ErCo9Si4, Er1-x(Co1-ySiy)5+2x, ErCoSi3, ~Er4CoSi4 and ~Er50Co10Si40. The crystal structure of known Er2Co3Si5 compound has been confirmed by X-ray analysis of a single crystal (structure type U2Co3Si5, space group Ibam, a = 9,4367(19), b = 11,416(2), c = 5,4832(11) А, R1 = 0,0722, wR2 = 0,1801).

Key words: rare earth ternary silicides, phase equilibria, crystal structure.

 

ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ СЕЧЕНИЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ Er-Co-Si ПРИ 873 К

Р. Матвиишин, П. Демченко, В. Павлюк

Львовский национальный университет имени Ивана Франко, ул. Кирилла и Мефодия, 6, 79005 Львов, Украина e-mail: pavlyuk@franko.lviv.ua

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Р Матвіїшин, П Демченко, В Павлюк - Ізотермічний переріз діаграми стану системи er-co-si при 873 к