СИСТЕМА Tb−Co−C ПРИ 800 оС: ФАЗОВІ РІВНОВАГИ ТА КРИСТАЛІЧНА СТРУКТУРА СПОЛУК

V. Levytskyi, V. Babizhetskyy, B. Kotur


DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6701.003

Анотація


За допомогою Х-променевого фазового і структурного аналізу порошку, енергодисперсійної Х-променевої спектроскопії та диференціального термічного аналізу (для сполуки TbCo5) побудовано ізотермічний переріз діаграми стану системи Tb−Co−C при 800 оС в області Co−C−Tb2C−TbCo2. Виготовлено та вивчено сім подвійних та тридцять три потрійні зразки. Їх синтезовано за допомогою електродугової плавки наважок вихідних компонентів високої чистоти (> 99,9 мас. % основного компонента) в атмосфері аргону. Виготовлені сплави гомогенізовано в запаяних під вакуумом кварцових ампулах при 800 оС упродовж 1−2 місяців. Після відпалу ампули зі зразками гартували в холодній воді. За зазначеної температури у системі існують чотири тернарні сполуки постійного складу TbCoC2, TbCoC0,93, Tb4Co2C3, Tb8Co4C9 та дев’ять бінарних сполук Tb2Co17, Tb2Co7, TbCo3, TbCo2, TbC2, Tb2C3, Tb3C4, Tb4C5, Tb2C. Сполука TbCo5 існує в обмеженому температурному інтервалі за температур, вищих за 800 оС: утворюється з розплаву при 1331 оС і розпадається за евтектоїдною реакцією TbCo5 ↔ Tb2Co7 + Tb2Co17. Температура розпаду потребує додаткового вивчення. Кристалічна структура тернарних сполук: TbCoC2 – підтверджено структурний тип (СТ) CeNiC2, символ Пірсона (СП) oS8, просторова група (ПГ) Amm2, a = 3.5749 Å, b = 4.5191 Å, c = 6.0489 Å; TbCoC0,93 вивчено методом порошку – СТ YCoC, СП tP6, ПГ P42/mmc, a = 3,6526(4) Å, c = 6,941(1) Å; Tb8Co4C9 структуру вивчено методом порошку − новий (власний) структурний тип, СП mP21, ПГ P2/m, a = 13,562(2) Å, b = 3,64432 Å, c = 7,0691(1) Å, β = 105,241(3)o; Tb4Co2C3 – підтверджено СТ Tb4Co2C3, СП mP18, ПГ P2/m, a = 12,8149 Å, b = 3,6425 Å, c = 7,1023 Å, β = 105,601o. Проведено кристалохімічний аналіз структур сполук TbCoC та Tb8Co4C9.

Ключові слова: фазові рівноваги, потрійні карбіди, кристалічна структура.


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Wang J. Y., Zhou Y. C. Recent progress in theoretical prediction, preparation, and characterization of layered ternary transition-metal carbides // Annu. Rev. Mater. Res. 2009. Vol. 39. P. 415−443. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-082908-145340

Adachi G.-Y., Imanaka N., Fuzhong Z. Chapter 99: Rare earth carbides, In: Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths Including Actinides, K. A. Gschneidner Jr., L. Eyring (Eds.), Vol. 15, Elsevier Science Publishers B. V., Amsterdam, 1991. P. 61–189. DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-1273(05)80005-4

Babizhetskyy V., Kotur B., Levytskyy V., Michor H. Chapter 298: Alloy systems and compounds containing rare earth metals and carbon. In Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths Including Actinides, J.-C. G. Bünzli, V. K. Pecharsky (Eds.). North-Holland, Amsterdam, 2017. Vol. 52. P. 1–263. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.hpcre.2017.09.001

Su D. S., Centi G. A perspective on carbon materials for future energy application // J. Energy Chem. 2013. Vol. 22. P. 151–173. DOI: https://10.1016/S2095-4956(13)60022-4

Pecharskaya A. O. Crystal Chemistry of Ternary Carbides of the Rare Earths. Abstract of Candidate’s Thesis (Chemical Sciences). Lviv, 1989. 17 p. (in russian).

Marusin E. P. Investigation of ternary systems {yttrium, lanthanum, cerium}–{iron, cobalt, compounds). Abstract of Candidate’s Thesis (Chemical Sciences). Lviv, 1982. 21 p. (in russian).

Levytskyy V., Kostetska A., Babizhetskyy V., Kotur B. Ya., Serkiz R. System Dy−Co−C at 800 oC // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2013. Iss 54. Pt. 1. P. 19−27 (in Ukrainian).

Tsokol’ A. O. Ternary systems Gd–{Co, Ni}–C // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 1986. Iss. 27. P. 41–43 (in Ukrainian).

Levytskyi V., Babizhetskyy V., Kotur B. System Er−Co−C at 800 oC. Crystal structures of ErC and ErCoC // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2023. Iss. 64. P. 73–90 (in Ukrainian). DOI: https://doi.org/10.30970/vch.6401.073

Putyatin A. A., Kozlovskii V. F. Phase relations in the systems RE–Co–C at various pressures // Vestnik Mosk. Univ. Ser. 2. Khim. 1991. Iss. 32. P. 58–61 (in russian).

Stadelmaier H. H., Liu N.-C. The ternary system cobalt-samarium-carbon // Z. Metalkde. 1985. Vol. 76. P. 585–588. DOI: https://doi.org/10.1515/ijmr-1985-760901

Levytskyy V. O. The compounds of the R–M–C systems (R = rare earth metal, M = 3d-element) and their hydrides: synthesis, structure, and properties. Abstract of Candidate’s Thesis (Chemical Sciences). Lviv, 2015. 24 p. (in Ukrainian).

Jeitschko W., Gerss M. H. Ternary carbides of the rare earth and iron group metals with CeCoC2- and CeNiC2-type structure // J. Less-Common Met. 1986. Vol. 116. P. 147–157. DOI: https://10.1016/0022-5088(86)90225-0

Shäfer W., Wil G., Kotsanidis P. A., Yakinthos J. K. Magnetic properties of RCoC2 (R = Y, Gd, Tb) compounds // J. Magn. Magn. Mater. 1990. Vol. 88. P. 13–17. DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-8853(97)90005-6

Gerss M. H., Jeitschko W. YCoC and isotypic carbides with a new, very simple structure type // Z. Naturforsch. B 41. 1986. P. 946–950. DOI: https://doi.org/10.1515/znb-1986-0804

Levytskyy V., Babizhetskyy V., Kotur B. The new structure type Tb2CoC2 and isotypic compounds // Coll. Abstracts of XIII International Conference on Crystal Chemistry of Intermetallic Compounds, 25–29 September. Lviv, Ukraine, 2016. P. 76.

Levytskyi V., Isnard O., Kremer R. K., Babizhetskyy V., Fontaine B., Rocquefelte X., Halet J.-F., Gumeniuk R. Crystal, electronic and magnetic structures iof a novel series of intergrowth carbometalates R4Co2C3 (R = Y, Gd, Tb) // Dalton Trans. 2021. Vol. 50. P. 4202−4209. DOI: https://doi.org/10.1039/D1DT00420D

Maliyenko R. K., Levytskyy V. O. New compound Tb4Co2C5 in system Tb–Co–C // Abstracts of X Ukrainian Scientific Conference for Students and Young Scientists with International Participation “Current Chemical Problems”, 27–29 March. Vinnytsia, Ukraine, 2017. P. 93 (in Ukrainian).

Binary Alloy Phase Diagrams / Ed. by T. B. Massalski, H. Okamoto, P. R. Subramanian et al. ASM International, 1990. Vol. 2. 2224 p.

Buschow K. H. J. Rare-earth cobalt intermetallic compounds // Philips Res. Rep. 1971. Vol. 26. P. 49–64.

Adams W., Moreau J. M., Parthe E., Schweiser J. R12Co7 Compounds with R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er // Acta Crystallogr. Sec. B. 1976. Vol. 32. P. 2697–2699. DOI: https://doi.org/10.1107/S0567740876008595

Yoshimoto N., Sakurai J., Komura Y. J. X-ray diffraction study on crystal deformation of TbCo2 // J. Magn. Magn. Mat. 1983. Vol. 31/34. P. 137−139. DOI: https://doi.org/10.1016/0304-8853(83)90188-9

Lee E. W., Pourarian F. Magnetoelastic Properties of (Rare-Earth)Co2 Compounds. I. Exchange-Striction // Phys. Stat. Solidi A: App. Res. 1976. Vol. 33. P. 483–489. DOI: https://doi.org/10.1002/pssa.2210330206

Haszko S. E. Intermediate phases with the Cu5Ca structure // Trans. AIME. 1960. Vol. 218. P. 763.

Liu J. P., Brabers V. J., Winkelman A. J. M., Menovsky A. A., De Boer F. R., Buschow K. H. J. Synthesis and magnetic properties of R2Co17Nx type interstitial compounds // J. Alloys Compd. 1993. Vol. 200. P. 3–6. DOI: https://doi.org/10.1016/0925-8388(93)90461-U

Bouchet G., Laforest J., Lemaire R., Schweiser J. Structures cristallines des composes intermetalliques Tb2Co17 dans lesquels T est un metal des terres rares ou l’yttrium // Comp. Rend. Acad. Sci. Ser. B: Sciences Physiques. 1966. Vol. 262. P. 1227–1230.

Bajenova I., Shakirova J., Khvan K., Cheverikin V., Zanaeva E. Experimental investigation of the phase equilibria in the Tb−Co and Tb−Co−Fe systems and magnetic properties of phases // Mater. Today Comm. 2022. Vol. 32. Art. 103960. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.103960

Krikorian N. H., Wallace T. C., Bowman M. G. Phase relationships of the high-carbon portion of lanthanide–carbon systems. In: Proprietes Thermodynamiques Physiques et Structurales des Derives Semi-Metalliques. CNRS, Paris, 1967. P. 489–498.

Gschneidner K. A. Jr., Calderwood F. W. The C–Tb (carbon–terbium) system // Bull. Alloy Phase Diagr. 1986. Vol. 7. P. 562–563.

Levytskyy V., Hembara M., Babizhetskyy V., Kotur B. System Tb–Cr–C at 800 °С: the phase equilibria and crystal structures of ternary compounds // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2016. Iss. 57. Pt. 1. P. 23–33 (in Ukrainian).

Atoji M., Williams D. E. Neutron diffraction studies of La2C3, Ce2C3, Pr2C3, and Tb2C3 // J. Chem. Phys. 1961. Vol. 35. P. 1960−1966. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1732193

Czekalla R., Hüfken T., Jeitschko W., Hoffmann R.-D., Pӧttgen R. The rare earth carbides R4C5 with R=Y, Gd, Tb, Dy, and Ho // J. Solid State Chem. 1997. Vol. 132. P. 294–299.

Spedding F. H., Gschneidner K. A. Jr., Daane A. H. The crystal structures of some of the rare earth carbides // J. Am. Chem. Soc. 1958. Vol. 80. P. 4499–4503.

Atoji M. Magnetic and crystal structures of the trigonal Tb2C // J. Chem. Phys. 1969. Vol. 51. P. 3872–3876. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1672604

Atoji M. Neutron-diffraction studies of Tb2C and Dy2C in the temperature range 4–296 K // J. Chem. Phys. 1981. Vol. 75. P. 1434–1441. DOI: https://doi.org/10.1063/1.442150

Ishida K., Nishizawa T. The C–Co (Carbon−Cobalt) system // J. Phase Equil. 1991. Vol. 12. P. 417–424. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02645959

STOE WinXPow (ver. 2.10), Stoe & Cie GmbH. Darmstadt, Germany, 2004.

Akselrud L., Grin Y. WinCSD: software package for crystallographic calculations (Version 4) // J. Appl. Crystallogr. 2014. Vol. 47. P. 803–805. DOI: https://doi.org/10.1107/S1600576714001058

Velge W. A. J. J., Buschow K. H. J. Magnetic and crystallographic properties of some rare earth cobalt compounds with CaZn5 structure // J. Appl. Phys. 1968. Vol. 39. P. 1717−1720. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.1656420

Tsokol’ A. O., Bodak O. I., Marusin E. P. Crystal structure of YCoC // Kristallographiya. 1989. Vol. 34. P. 1014–1016 (in russian). TR: Sov. Phys. Crystallogr. 1989. Vol. 34. P. 612–614.

Holleman A. F., Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der anorganischen Chemie, Walter de Gruyter. Berlin–New York, 1995. Р. 1838–1840.


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.