Using complex methods of physical and chemical studies: differential-thermal (DTA), X-ray phase (XRF), microstructural (MSA) analyzes, as well as by measuring microhardness and density, the nature of the interaction in the Sm2Te3-PbTe system was studied and a state diagram was constructed. The temperature dependence of electrical conductivity and thermoEMF was studied system alloys. It has been established that when Sm2Te3 is introduced into the PbTe composition, solid solutions are formed and some physicochemical properties change. The formation of compounds of the composition Sm2PbTe4 and Sm2Pb4Te7is also observed in the system.
solid solutions, microstructure, diffractograms, physicochemical analysis, phase diagram, electrical conductivity, thermo EMF
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. Derrou M.S., Uayt V.B., Roy R., Izmenenie tverdosti pri mikrovdavlivanii v zavisimosti ot sostava dlya polikristallicheskih rastvorov v sistemah PbS/PbTe, PbSe/PbTe i PbS/PbSe // Zhurnal materialovedeniya. – 1969. − №4. − S. 313-319.
2. Valiev V.K. Avtoref. kand. diss. Baku. − 1993.
