ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ НА ОСНОВЕ ВИСМУТИДОВ GD5BI3 И TM5BI3

Изобретение относится к новым  химическим соединениям, а именно к твердым растворам на основе висмутидов Gd₅Bi_З  и Tm₅Bi_З с общей формулой Gd_5-xTm_xBi₃  (х= 0.5-4.5). Они могут быть использованы как магнитные материалы в криогенной техни­ке.

Твердые растворы получают смешиванием порошка висмутида Gd₅Bi_З и висмутида Tm₅Bi_З в молярном соотношении (0.9-01):(0.1-0.9). Смесь  прессуют в таблетку и проводят ее нагрев до 1623±50 К  в вакууме при оста­точном давлении 1.33∙10^-2 Па с выдержкой в  течение 3±0.5 ч. 

Твердые растворы кристаллизуются в ромбической сингонии типа Y₅Bi₃. Парамагнитная температура Кюри твердых растворов составляет

44-158 К.

Изобретение относится к новым химическим соединениям, а именно к твердым paстворам на основе висмутидов Gd₅Bi_З  Tm₅Bi_З  с общей

формулой Gd_5-xTm_xBi_y (х= 0.5-4.5), которые могут быть использованы как магнитные материалы в криогенной техни­ке.

Известно, что соединения редкоземельных элементов иттриевой подгруппы с висмутом   состава Ln₅Bi₃ (Ln= Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) проявляют магнитные свойства [1, 2]. При этом среди висмутидов редкоземельных элементов высокую парамагнитную температуру Кюри (270 К) показывает Gd₅Bi_З.  Tm₅Bi_З, в отличие от Gd₅Bi_З, имеет относительную низкую парамагнитную температуру Кюри, которая составляет 12 К [1].

Целью данного изобретения является получение на основе висмутидов Gd₅Bi_З и Tm₅Bi_З твердых растворов Gd_5-xTm_xBi₃ (х= 0.5-4.5;), магнитных материалов, парамагнитная температура Кюри которых   была бы существенно выше, чем у Tm₅Bi_З.

Для достижения указанной цели на основе висмутидов Gd₅Bi_З и Tm₅Bi_З приготавливают твердые растворы состава. Gd_5-xTm_xBi_y (х= 0.5-4.5). Висмутиды Gd₅Bi_З и Tm₅Bi_З являются изоструктурными соединениями и кристаллизуются в ромбической сингонии типа Y₅Bi₃ [3] (табл. 1). 

Твердые рас­творы указанных составов получают следующим образом. Порошки висмутидов Gd₅Bi_З и Tm₅Bi_З смешивают в стехиометрическом соотношении, (0.9-01): (0.1-0.9), прессуют в таблетку и помещают в герметичный молибденовый тигель. Затем тигель с веществом нагревают (со скоростью 80 град/мин. в вакуумированной среде (до 1, З3∙10^-2 Па) от комнатной температуры до 1673±50 К и при этой температуре выдерживают 3±0.5 ч.  После чего печь выключают и тигель с веществом охлаждают до комнатной температуры.

Получение твердых растворов иллюстрируется следующими примерами:    

Пример 1. При получении твердого раствора состава Gd_4.5Tm_0.5Bi₃ в количестве 10 г, в соотношении мольных долей Gd₅Bi_З и Tm₅Bi_З как 0.9:0.1, 8.9632 г порошка Gd₅Bi_З смешивают с 1.0368 г порошка Tm₅Bi_З.  Затем смесь прессуют в таблетку и загружают в герметичный тигель из молибдена. Нагрев тигля с таблеткой от ком­натной температуры до 1673±50 К осуществляют в вакууме 1.33∙10^-2 Па и выдерживают при этом 3±0.5 ч. После этого печь и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.

Пример 2. При получении твердого раствора состава Gd_2.5Tm_2.5Bi₃ в количестве 15 г, в соотношении мольных долей Gd₅Bi_З и Tm₅Bi_З как 0.5:0.5,  

7.3490 г порошка Gd₅Bi_З смешивают с 7.6510 г порошка Tm₅Bi_З.  Затем смесь прессуют в таблетку и загружают в герметичный тигель из молибдена. Нагрев тигля с таблеткой от ком­натной температуры до 1673±50 К осуществляют в вакууме 1.33∙10^-2 Па и выдерживают при этом 3±0.5 ч. После этого печь и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.

Пример 3. При получении твердого раствора состава Gd_1.5Dy_3.5Bi₃ в количестве 20 г, в соотношении мольных долей Gd₅Bi_З и Tm₅Bi_З как 0.3:07,

5.830 г порошка Gd₅Bi_З смешивают с 14.170 г порошка Tm₅Bi_З.  Затем смесь прессуют в таблетку  и загружают в герметичный тигель из молибдена. Нагрев тигля с таблеткой от ком­натной температуры до 1623±50 К осуществляют в вакууме 1.33∙10^-2 Па и выдерживают при этом 3±0.5 ч. После этого печь и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.

Кристаллохимические характеристики полученных твердых растворов приведены в табл. 1. Установлено, что антимонид Gd₅Bi_З и висмутид Tm₅Bi_З образуют между собой непре­рывный ряд изоструктурных твердых растворов замещения, кристаллизующихся в ромбической сингонии типа Y₅Bi₃.

Как видно из данных табл. 2. парамагнитная температура Кюри   твердых растворов Gd_5-xTm_xBi₃  (х= 0.5-4.5), выше температуры Кюри Tm₅Bi_З. При этом наибольшее значение температуры Кюри (158 К) показывает твердый раствор  Gd_4.5Tm_0.5Bi₃.

Таким образом,  на основе висмутидов  Gd₅Bi_З и Tm₅Bi_З получены новые  магнитные материалы  -твердые растворы Gd_5-xTm_xBi₃  (х= 0.5-4.5).

1. Рахимов, Х.А., Магнитные свойства висмутидов состава Ln₅Bi₃ (Ln = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu)/ Х.А. Рахимов, В.Д. Абулхаев, С.О. Убайдов.//Ма-

териалы Международной конференции: «Комплексные соединения и аспекты их применения» Душанбе: из-во Эр-гр. 2013. -С. 91-93.

2. Рахимов, Х.А. Магнетохимические свойства сплавов системы

Gd₅Bi₃-Tm₅Bi₃/Х.А. Рахимов, В.Д. Абулхаев, С.О. Убайдов// Изв. АН РТ. Отд. физ.-мат., хим., и геол. н. -2013. -№3 (152). -С.86-90.

3. Рахимов, Х.А. Висмутиды редкоземельных элементов состава Ln₅Bi₃  (Ln = Dy, Ho, Er, Tm, Yb)/ Х.А. Рахимов, В.Д. Абулхаев, Н.Ш. Холов, Х.Х.,  Назаров// Материалы научно-теоретической конференции молодых учёных Таджикистана «Молодеж и современная наука», посвященной  20 – летию 16- ой сессии Верховного Совета Республики Таджикистан». -Душанбе, 2012. –С. 324-327

4. Рахимов, Х.А. Диаграмма состояния системы Gd₅Bi₃ –Tm₅Bi₃ /Х.А. Рахимов, В.Д. Абулхаев, Х.Х. Назаров, С.О.Убайдов//Материалы республиканской конференции: «Применение современных технических средств в обучении предмета технологии», посвященной 20–литию конституции Республики Таджикистан. -Душанбе, 2015. -С. 184-186.  

5. Wang V., Gabe E.J., Calvert L.D., Taylor J.B. The crystal structure of  Y₅Bi₃

 and its relation to the Mn₅Si₃ and the Yb₅Sb₃ type structure // Acta Cryst. – 1976

-V.B.32. - Pt.5. - Р. 1440-1445.