Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Одной из основных задач современного материаловедения является получение и исследование новых функциональных материалов на основе полупроводниковых соединений с учетом редкоземельных элементов. В настоящей работе приводятся результаты исследования системы Ho-BV-Se, (BV-As, Sb). Сплавы на основе As2Se3 могут применяться в передающих телевизионнных трубках как высокочувствительные материалы в фотомишенях типа «видикон». С другой стороны, твердые растворы на основе Sb2Se3 уже применяются как термоэлектрические материалы в качестве термоэлементов. Бинарные системы, составляющие тройную систему Ho-As-Se и Ho-Sb-Se, подробно изучены в работах [1–3, 5, 6, 8].

Цель исследования – выяснение характера химического взаимодействия в тройных системах Ho-As(Sb)-Se и изучение физико-химических свойств полученных стекол и твердых растворов системы As2Se3-HoSe и Sb2Se3-HoSe.

Материалы и методы исследования

Для приготовления образцов использовали Se марки ОСЧ 16-3, ГoM-1, Аs-B5, Sb-B4. Сплавы системы были синтезированы из элементов и лигатур, в вакуумированных кварцевых ампулах при 1200 К с последующим медленным охлаждением в режиме выключенной печи. Для достижения равновесных состояний сплавы подвергали гомогенизирующему отжигу в вакуумированных кварцевых ампулах в течение 500 ч при температурах на 50–100 К ниже температуры солидуса.

Исследования проводили комплексными методами физико-химического анализа. Методика исследования образцов аналогична описанной в [4, 7]. Диаграммы состояния разрезов построены по совокупности данных, полученных комплексом методов физико-химического анализа.

Результаты исследования и их обсуждение

Разрез As2Se3-HoSe (рис. 1) является квазибинарным сечением тройной системы Ho-As-Se. Ликвидус системы состоит из двух ветвей первичной кристаллизации фаз, α-твердых растворов на основе As2Se3 и HoSe. Эвтектика имеет координаты 90 мол. % As2Se3 и 570К. Обнаружена растворимость на основе As2Se3 до 1 мол. % при 300 К. С увеличением температуры она повышается. Область стекла на основе As2Se3 доходит до 20 мол. % при охлаждении со скоростью 7 град/с.

Рис. 1. Диаграмма состояния системы As2Se3-HoSe. Заштрихованная область – область стеклования

В отличие от As2Se3на кривых нагревания сплавов, содержащих от 1 до 20 мол. % HoSe обнаружены два эндотермических и один экзотермический эффект (табл. 1). Первый из них относится к температуре стеклования Тg, второй – к температуре кристаллизации (Ткр), а третий относится к температуре плавления сплавов на основе As2Se3. Сплавы на основе As2Se3, в отличие от Sb2Se3,, частично кристаллизуются при дифференциально-термическом анализе.

Таблица 1

Некоторые физико-химические свойства стекол системы As2Se3-HoSe

Некоторые физико-химические свойства стекол системы приводятся в табл. 1.Разрез As2Se3-HoAs (рис. 2) – также является квазибинарным и относится к простому эвтектическому типу. Координаты эвтектики 92 мол. % As2Se3 и 565 К. Растворимость на основе As2Se3 при 300 К составляет 2 мол. %, а при температуре эвтектики доходит до 7 мол. % HoAs. Область стекла на основе As2Se3 доходит до 15 мол. % при охлаждении 2·10^–2 град/с.

Рис. 2. Диаграмма состояния системы As2Se3-HoAs. Заштрихованная область – область стеклования

Разрез Sb2Se3-HoSe квазибинарный и относится к простому эвтектическому типу (рис. 3). Координаты эвтектики 70 мол. % Sb2Se3 и 800 К. Для определения границы твердых растворов синтезировали несколько сплавов из области, богатой Sb2Se3 (через 1 мол. % HoSe), которые дополнительно отжигали при разных температурах в течение 350 часов, затем закаливали в ледяной воде и изучали их микроструктуры. В результате установлено, что растворимость на основе Sb2Se3 при 800 К достигает 15 мол. %, а с понижением температуры уменьшается и при 300 К доходит до 10 мол. %. Некоторые физико-химические свойства стекол системы As2Se3-HoAs приведены в табл. 2.Разрез Sb2Se3-HoSb является неквазибинарным сечением тройной системы Ho-Sb-Se (рис. 4). Он пересекает два подчиненных треугольника Sb2Se3-Sb-HoSe. Кривые ликвидуса соответствуют началу совместной кристаллизации фаз α-твердых растворов, HoSe и HoSb соответственно.

Рис. 3. Диаграмма состояния системы Sb2Se3-HoSe

Рис. 4. Диаграмма состояния системы Sb2Se3-HoSb. Фазовые области: I – HoSb2-HoSe-Sb; II – HoSb2-HoSe-HoSb

Изотермическая линия при 950 К отражает тройное перитектическое образование HoSb2 по реакции

Ж + HoSb ↔ HoSb2 + HoSe.

Изотермические линии при 650 и 700 К отражают тройные эвтектические равновесия, имеющиеся в соответствующих подчиненных тройных системах, которые пересекает разрез Sb2Se3-HoSb.Растворимость на основе Sb2Se3 при 650 К составляет 8 мол. % и с понижением температуры уменьшается до 5 мол. % при 300 К.

Таблица 2

Некоторые физико-химические свойства стекол системы As2Se3-HoAs

Таблица 2

Некоторые физико-химические свойства стекол системы As2Se3-HoAs

Выводы

Комплексом методов физико-химического анализа исследован характер химического взаимодействия тройных систем по различным квази- и неквазибинарным разрезам, построены их диаграммы состояния, определены границы областей стеклообразования, изучены скорости растворения и обменной кристаллизации стекол, и эти стекла могут быть использованы при обработке оптической информации.