Ізотермічний переріз діаграми стану системи Ce-Li-Sn в області 30-100 ат. % Sn за температури 400 С

Abstract

Ізотермічний переріз діаграми стану системи Ce–Li–Sn побудовано на основі рентгенофазового та локального рентгеноспектрального за температури 400ºС.

Зразки для досліджень масою 1 г синтезували методом електродугового плавлення шихти із наважок чистих компонентів в електродуговій печі з невитрачувальним вольфрамовим електродом на мідному водоохолоджуваному поді в атмосфері очищеного аргону (99,998 об’ємних % Ar) під тиском 1,0 атм з використанням губчатого титану як гетера. Гомогенізуючий відпал проводили за температури 400 °C впродовж 480 годин. Рентгенофазовий аналіз проводили за масивами експериментальних даних, одержаних за допомогою дифрактометрів ДРОН-2,0М (Fe Kα-випромінювання) та URD-6 (Cu Kα-випромінювання). Для детальнішого вивчення кристалічної структури у досліджуваній системі використовували масиви даних, отриманих на дифрактометрі STOE STADI P (Cu Kα1-випромінювання) за допомогою програм LATCON and POWDER CELL-2.3 проведено розрахунки дифрактограм.Для підтвердження фазового складу деяких зразків системи був використаний метод енергетично-дисперсійної рентгенівської спектроскопії (EDX) (скануючий електронний мікроскоп REMMA-102-02). Полуменевий фотометр Flapho-4 використовували для експериментального визначення кількості Літію. Рентгенівський профільний та фазовий аналізи для уточнення структури зразків проводили за допомогою пакетів програм WinCSD та FullProf 98.

Вперше було синтезовано дві нові потрійні сполуки: Ce5Li6Sn9 (структурний тип Eu5Li6Sn9, символ Пірсона oS80, просторова група Cmcm, a = 0,4852 (1), b = 2,8961 (4), c = 1,5009 (2) нм) і ~Ce4LiSn4 (невідома структура). Підтверджено існування потрійних сполук CeLiSn2 (структурний тип CeNiSi2), Ce5Li2Sn7 (власний структурний тип) та п'ятнадцяти бінарних фаз. Виявлено існування обмеженого твердого розчину включення Ce5LixSn3 (0 ≤ х ≤ 0,5) на основі бінарної сполуки Сe5Sn3. Остаточним складом цього твердого розчину є Ce5Li0,5Sn3 (структурний тип Hf5CuSn3, символ Пірсона hP18, просторова група P63/mcm, a = 0,88206 (2), c = 0,67802 (1) нм).

Проведено порівняльний аналіз досліджуваної системи та систем РЗМ–Li–{Si, Ge, Sn}, для яких було побудовано ізотермічні перерізи діаграм стану. Встановлено, що потрійні системи R–Li–Sn подібні за своїми характеристиками та кількістю знайдених сполук до силіційвмісних систем. В них також утворюється невелика кількість потрійних сполук (максимум – 5) та існує область незмішування із бінарних систем РЗМ–Li. За температури 400ºC в системах {Y, Ce, Eu, Tb}–Li–Sn також спостерігається утворення твердих розчинів включення на основі бінарних фаз R5Sn3. Виявлено, що всі тернарні сполуки, які синтезовані в системах РЗМ–Li–Sn, кристалізуються у гексагональній та орторомбічній симетрії.

The isothermal cross-section of the phase diagram of the system Ce–Li–Sn based on X-ray phase and local X-ray spectral analyses was constructed at the temperature 400ºС in the 30–100 аt. % Sn concentration range. The alloys were prepared by arc melting of stoichiometric amounts of the constituent elements, annealed at 400 ºС for 480 hours and quenched in cold water. Flame photometer Flapho-4 was used for the experimental determination of lithium amount. To confirm the phase composition of some system samples energy-dispersive X-ray spectroscopy method (EDX) was used (scanning electron microscope REMMA-102-02). The calculations and indexing of diffraction powder patterns (diffractometers DRON-2,0 (Fе Кα-radiation), STOE STADI P (Cu Kα1-radiation) and URD-6 (Cu Kα-radiation)) have been conducted using LATCON and POWDER CELL-2.3 software. Calculations to refine the structure of samples have been carried out by with WinCSD and FullProf 98 programs. Two new ternary compounds have been synthesized for the first time: Ce5Li6Sn9 (structure type Eu5Li6Sn9, Pearson symbol oS80, space group Cmcm, a = 0,4852(1), b = 2,8961(4), c = 1,5009(2) nm) and ~Ce4LiSn4 (unknown structure). The existence of the ternary compounds CeLiSn2 (structural type CeNiSi2), Ce5Li2Sn7 (own structure type) and fifteen binary phases was confirmed. The existence of the limited solid solution of inclusion Ce5LixSn3 (0 ≤ х ≤ 0,5) based on the Сe5Sn3 binary compound has been detected. The ultimate composition of this solid solution is Ce5Li0,5Sn3 (structure type Hf5CuSn3, Pearson symbol hP18, space group P63/mcm, a = 0,88206(2), c =0,67802(1) nm). The existence of the binary and ternary phases CeSn3, Ce5Sn3, Ce5Sn4, Ce11Sn10, Ce3Sn5, Ce3Sn7, Ce2Sn5, Ce3Sn, Li17Sn4, Li7Sn2, Li13Sn5, Li5Sn2, Li7Sn3, LiSn, Li2Sn5, CeLiSn2, Ce5Li2Sn7 was confirmed. The characteristics of phase interactions in the Ce–Li–Sn as well as related ternary systems with rare earth metals, Lithium, Silicon, Germanium and Tin have been analysed.