ТВЕРДЫЙ РАСТВОР СИСТЕМЫ TB5BI3 –TM5BI3 КАК МАГНИТНЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к химическим соединениям- твердому раство-ру на основе  Tb₅Bi₃ и Tm₅Bi₃ с общей формулой Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5.  

Они могут быть использованы как магнитные материалы в криогенной техни­ке.

Твердые растворы получают смешиванием порошков висмутидов Tb₅Bi_З и Tm₅Bi_З в молярном соотношении (0.9-01):(0.1-0.9). Смесь  прессуют в таблетку и проводят ее нагрев до 1673±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 анти-Y₅Bi₃. Парамагнитная температура Кюри твердого раствора составляет 12-120 К.

Изобретение относится к твердому раствору на основе висмутидов Tb₅Bi₃ и Tm₅Bi₃ с общей формулой Tb_5-xTm_xBi₃;x = 0.5÷4.5.  Висмутиды Tb₅Bi₃ и Tm₅Bi₃ образуются в системах Tb –Bi, Tm –Bi [1, 2, 3] и при комнатной температуре являются парамагнетиками, с парамагнитной температурой Кюри  равной 146 и 12 К  [4], соответственно. Указанные висмутиды изоструктурные и кристаллизуются в ромбической структуре типа Y₅Bi₃.

На основе висмутидов Tb₅Bi₃ и Tm₅Bi₃ возможно создание новых магнитных материалов с повышенными парамагнитными температурами Кюри.

Целью настоящего изобретения является  получение на основе Tb₅Bi₃ и Tm₅Bi₃ твердого раствора Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5, парамагнитная температура Кюри которого   была бы существенно выше, чем у Tm₅Bi₃.

Изобретение аналогов не имеет.

Изобретение относится к производству материалов для электронной техники и может быть использовано в технологии  производства изделий микроволновой и СВЧ- техники.

Для достижения цели на основе Tb₅Bi₃ и Tm₅Bi₃ приготавливают твердый раствор состава Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5.  

Для получения гомогенных образцов твердого рас­твора указанных составов порошки  Tb₅Bi₃ и Tm₅Bi₃ 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 1673±50 К и при этой температуре выдерживают 3±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 твердого раствора. Существенное значение при синтезе имеют конечная температура синтеза и время выдержки реакционной смеси при этой температуре. Твердый раствор Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5 разного химического  состава получают при одном и том же температурном и временном режиме, т.е. при 1673±50 К и времени выдержки 3±0.5 ч. 

Получение  твердых растворов иллюстрируется следующими примерами:   

Пример 1. При получении твердого раствора состава Tb_4.5Tm_0.5Bi₃ в количестве 20 г,  в соотношении мольных долей Tb₅Bi_З и Tm₅Bi_З как 0.9:0.1,   17.94 г порошка Tb₅Bi_З смешивают с 2.06 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 выключают и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.

Пример 2. При получении твердого раствора состава Tb₃Tm₂Bi₃ в количестве 30 г, в соотношении мольных долей Tb₅Bi_З и Tm₅Bi_З как 0.6:0.4,   17.760 г порошка Tb₅Bi_З смешивают с 12.240 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 выключают и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.

Пример  3. При получении твердого раствора состава Tb_1.5Tm_3.5Bi₃

 в количестве 50 г, в соотношении мольных долей Tb₅Bi_З и Tm₅Bi_З как 0.3:0.7,   14.63 г порошка Tb₅Bi_З смешивают с 35.37 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  выключают и тигель с таблеткой охлаждают до комнатной температуры.

Установлено, что твердый раствор Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5  изоструктурен с исходными компонентами - Tb₅Bi_З и Tm₅Bi_З и кристаллизуется  в  ромбической сингонии  типа Y₅Bi₃  (табл.1.)

Из таблицы. 2. видно, что  парамагнитная температура Кюри твердого раствора Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5.  выше температуры Кюри Tm₅Bi_З и в интервале 10-90 мол.% Tb₄Sb_З составляет 12-120 К.

Таким образом, на основе антимонидов  Tb₅Bi_З и Tm₅Bi_З получены новые  магнитные материалы  - Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5.

Таблица 1

Кристаллохимические свойства  висмутидов и твердого раствора Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5

Таблица 2

Магнитные свойства висмутидов и  твердого раствора Tb_5-xTm_xBi₃; x = 0.5÷4.5 при 298 К

1. Абулхаев, В.Д. Диаграмма состояния Tb – Bi /В.Д. Абулхаев//Изв. РАН. Металлы. -1997. -№4. –С. 105-108.
2. Абулхаев, В.Д. Диаграмма состояния и свойства сплавов системы Tm – Bi / В.Д. Абулхаев //Неорган Материалы. -2003. -Т. 39, -№ 1, -С. 54-57.
3.  Rare-earth bismuthides /K.Yoshihara, L.B. Taylor, L.D. Calvert, J.G. Despault // J. Less-Common Metals -1975. -V. 41. –No 2. -P. 329-337.
4. 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 // Материалы международной конференции: «Комплексные соединения и аспекты их применения». –Душанбе. 2013. с. 91-93.