ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ НА ОСНОВЕ АТИМОНИДА GD4SB3 И ВИСМУТИДА PR4BI3

Изобретение относится к  химическим соединениям - к твердым paстворам на основе антимонида  Gd₄Sb_З  и висмутида Pr₄Bi_З  с общей формулой Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7).

Висмутид празеодима -Pr₄Bi_З при комнатной температуре является парамагнетиком с  относительно низкой парамагнитной температурой Кюри,  равной 11 К.  Относительную высокую парамагнитную температуру Кюри (235 К) показывает антимонид  Gd₄Sb_З [1]. Указанные соединения изоструктурны и кристаллизуются в кубической структуре типа анти-Th₃P₄ [2].

На основе Gd₄Sb_З и Pr₄Bi_З  возможно создание новых магнитных материалов с повышенными парамагнитными температурами Кюри

Цель изобретения -синтез на основе антимонида Gd₄Sb_З и висмутида Pr₄Bi_З твердых растворов Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7) -магнитных материалов, парамагнитная температура Кюри которых   была бы существенно выше, чем у Pr₄Bi_З. Данное изобретение аналогов не имеет.

Для достижения цели на основе антимонида Gd₄Sb_З и висмутида Pr₄Bi_З приготавливают твердые растворы состава Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7).

Для получения гомогенных твердых рас­творов указанных составов порошки антимонида Gd₄Sb_З и висмутида Pr₄Bi_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 подвергают нагреву в вакуумированной  среде (до 1,З3∙10^-2 Па) от комнатной температуры до 1523±50^оС и при этой температуре выдерживают 2±0.5 ч.  После чего печь выключают и тигель с веществом охлаждают до комнатной температуры.

Установлено, что скорость нагрева и охлаждения не играет

существенной роли при синтезе твердых растворов. Существенное значение при синтезе имеют конечная температура синтеза, и время выдержки реакционной смеси при этой температуре. Так, при продолжительности менее двух часов не достигается полной гомогенизации продукта, а продолжительность синтеза более двух часов  не имеет смысла, поскольку дальнейшее продолжение времени синтеза не влияет на  фазовый состав полученного гомогенного продукта. Синтез при температуре ниже  1523^оС приводит к образованию негомогенного продукта, вследствие неполного взаимодействия  Gd₄Sb_З с Pr₄Bi_З.

Твердые растворы составов Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7). синтезируются при одном и том же температурном и временном режиме, т.е. при 1523±50^оС и времени выдержки 2±0.5 ч. 

         Получение  твердых растворов иллюстрируется следующими примерами:        

Пример 1. При получении твердого раствора состава Gd_2.8Sb_2.1Pr_1.2Bi_0.9   в количестве 20 г, в соотношении мольных долей Gd₄Sb_З и Pr₄Bi_З как 0.7:0.3,  13.216 г порошка Gd₄Sb_З смешивают с 6.784 г порошка  Pr₄Bi_З.  Затем смесь прессуют в таблетку  и загружают в герметичный тигель из молибдена. Нагрев тигля с таблеткой от ком­натной температуры до 1523±50 ^оС осуществляют в вакууме 1.33∙10^-2 Па и выдерживают при этом 2±0.5 ч. После этого печь и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.       

Пример 2. При получении твердого раствора состава Gd_2.4Sb_1.8Pr_1.6Bi_1.2 в количестве 20 г,  в соотношении мольных долей Gd₄Sb_З и Pr₄SЬ_З как 0.6:0.4,   11.118 г порошка Gd₄Sb_З смешивают с 8,8823 г порошка  Pr₄Bi_З.  Затем смесь прессуют в таблетку  и загружают в герметичный тигель из молибдена. Нагрев тигля с таблеткой от ком­натной температуры до 1523±50 ^оС осуществляют в вакууме 1.33∙10^-2 Па и выдерживают при этом 2±0.5 ч. После этого печь и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.       

Пример  3. При получении твердого раствора состава

Gd_0.8Sb_0.6Pr_3.2Bi_2.4  в количестве 20 г,  в соотношении мольных долей Gd₄Sb_З и Yb₄Bi_З как 0.2:0.8,   3.458 г порошка Gd₄Sb_З смешивают с 16.542 г порошка  Pr₄Bi_З.  Затем смесь прессуют в таблетку  и загружают в герметичный тигель из молибдена. Нагрев тигля с таблеткой от ком­натной температуры до 1523±50 ^оС осуществляют в вакууме 1.33∙10-2 Па и выдерживают при этом 4-2±0.5 ч. После этого печь и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.

           Установлено, что антимонид Gd₄Sb_З и висмутид Pr₄Bi_З  образуют

между собой непре­рывный ряд изоструктурных твердых растворов замещения, кристаллизующихся в кубической сингонии  типа анти- Th₃P₄ (табл.1.)

Из таблицы. 2. видно, что  парамагнитная температура Кюри

твердых растворов Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7) выше температуры Кюри Pr₄Bi_З и в интервале 10-90 мол.% Pr₄Bi_З составляет 32-198 К.

Как видно из данных табл. 2. парамагнитная температура Кюри   твердых растворов Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7) выше температуры Кюри Pr₅Bi_З. При этом наибольшее значение температуры Кюри (198 К) показывает твердый раствор  Gd_3.6Sb_2.7Pr_0.4Bi_0.3.

Таким образом,  на основе антимонида  Gd₄Sb_З и висмутида  Pr₄Bi_З получены новые  магнитные материалы  -твердые растворы Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y

(х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7).                                   

                                                                                                            Таблица 1

Кристаллохимические свойства  соединений и твердых растворов

Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y  (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7)

Таблица 2

Магнитные свойства  соединений и твердых растворов

Gd_4-xSb_3-yPr_xBi_y  (х= 0.4-3.6; y = 0.3-2.7) при 298 К

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения