XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

Металлы платиновой группы играют значимую роль в развитии науки и техники. Они используются в различных отраслях, таких как химическая и ювелирная промышленность, медицина, электроника. Значимость этих металлов определяют их физические и химические свойства. Основными являются высокая температура плавления, химическая инертность, пластичность [1].

Актуальность работы заключается в поиске новых соединений и изучении фазовых отношений металлов платиновой группы. Полученная информация может быть в дальнейшем применима для прогнозирования минеральных отложений, а также даст возможность предположить, изучить и дополнить сведения о процессах рудообразования и переноса металлов в горных породах.

Оборудование и реактивы

Реактивы (степенью чистоты до 99.9 %): палладий, сурьма, олово. Оборудование и посуда: кварцевое стекло, горизонтальные электрические трубчатые печи (ИЭМ РАН, г.Черноголовка, терморегуляторы РАНТЕРМ (ИЭМ РАН, г.Черноголвка), аналитические весы CAS CAUX-120 (CAS, Япония), кислородно-газовая горелка, электронный микроскоп TESCAN Vega II XMU (Tescan, Чехия), дифрактометр Rigaku D/MAX-2200VL/PC (Rigaku, Япония).

Получение фазовых ассоциаций в системе Pd-Sn-Sb

Для изучения фазовых отношений в системе Pd-Sn-Sb при 450 °С были синтезированы и изучены образцы с изначальными составами (в ат.%) (рис.1):

Рисунок 1. Треугольник Гиббса-Розебома с начальными составами изучаемых при 450°С образцов, а также одинарными и бинарными фазами с учетом их областей гомогенности

Фазовые ассоциации были синтезированы методом сухого синтеза [2,3]. Вещества были взвешены на аналитических весах и помещены в кварцевой вакуумированной ампуле в трубчатую печь. В течение недели температура была поднята до 850 °С. Так как при температуре 850 °С и ниже не удалось провести реакцию, получившуюся булю сначала перетёрли, затем прокалили на пламени кислородной горелки с последующей закалкой в воде, после чего оставили на 4 месяца в печь при 450 °С.

Исследование фазовых ассоциаций методом РСМА и РФА

Фазовые ассоциации исследовались метом локального рентгеноспектрального микроанализа (электронный микроскоп TESCAN Vega II XMU, ИЭМ РАН, г. Черноголовка) и методом рентгеновской порошковой дифрактометрии (Rigaku D/Max2200, излучение CuKα, Fe фильтр, ИГЕМ РАН, г. Москва).

Результаты и обсуждения

При построении изотермического сечения фазовой диаграммы использовались исходные данные, полученные при анализе бинарных фазовых диаграмм (устойчивые двойные соединения и взаимная растворимость компонентов при заданных условиях), и данные, полученные методами РСМА и РФА [4,5,6].

Фазовые отношения строились на основе данных РСМА и РФА, сопоставленных между собой. При этом конкретный состав фаз (содержание каждого элемента), находящихся между собой в равновесии, брался из результатов РСМА. Данные по растворимости третьего компонента в бинарных фазах также брались из результатов РСМА.

В ходе работы было синтезировано 15 образцов. По полученным данным построено изотермическое сечение фазовой диаграммы Pd-Sn-Sb при 450°С (рис.2).

Рисунок 2. Изотермическое сечение фазовой диаграммы Pd-Sn-Sb для 450°С. Трехфазные равновесия выделены жирными линиями, а коноды двухфазных равновесий – более тонкими

При температуре 450°С устойчивы десять твёрдых фаз и одна жидкость: твердые растворы на основе PdSn₂, PdSn, Pd₃Sn₂, Pd₂Sn, Pd₃Sn, Pd₈Sb₃, PdSb и PdSb₂, твёрдый раствор палладия с растворенной сурьмой и оловом (до 17 ат.% Sn и Sb), твёрдый раствор сурьмы с растворенным оловом (до 12 ат.%) и расплав олова с растворённой сурьмой (до 55 ат.%) и палладием (до 11 ат.%). Данные фазы образуют 12 ассоциаций: 3 трёхфазных, 9 двухфазных.

Было установлено существование новой фазы PdSnSb. Область гомогенности имеет пределы от ⁓35 до 15 ат.% Sn и от ⁓31 до 45 ат.% Sb. Это предположение было сделано по данным РФА образцов 2137, 2514-2515, 2674, но в дальнейшем требует уточнения. Фаза PdSnSb образует следующие бинарные фазовые равновесия: PdSnSb-L, PdSnSb-PdSn, PdSnSb-PdSb, PdSnSb-PdSb₂, PdSnSb-(Sb) и PdSnSb-PdSn₂. Так же по данным РСМА и РФА было установлено существование трёх трёхфазных равновесия: PdSnSb-PdSn-PdSn₂, PdSnSb-PdSn-PdSb и PdSnSn-PdSn₂-L.

Было показано, что Pd₂SnSb (образец 2673) является твердым раствором на основе PdSb, образуя двухфазное равновесия с твёрдым раствором на основе PdSn.

В настоящий момент синтезируются образцы 4411,4412 и 4424-4426 для изучения области фазовой диаграммы Pd-Sn-Sb с содержание палладия в системе свыше 50 ат.%. Так как в данной области большое содержание бинарных твёрдых фаз и металла, предполагается, что кинетика будет низкой, что приведёт к увеличению времени синтеза.

Выводы:

В ходе проделанной работы было синтезировано 15 образцов, 10 из которых изучены методами РФА и РСМА. Установлено существование трёх трёхфазных и девяти двухфазных равновесий. В настоящий момент требует уточнения область гомогенности новой фазы PdSnSb, уточнение границ остальных трёхфазных равновесий и изучение области фазовой диаграммы с большим содержанием палладия.

Список литературы:

1. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3 (Мед-Пол). — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8.

2. Воган Д., Крейг Дж. Химия сульфидных минералов/под ред. И.Я. Некрасова. M.: «МИР», 1981. — 565 с.

3. Okamoto H. The Pd-Se (palladium-selenium) system //Journal of phase equilibria. – 1992. – Т. 13. – №. 1. – С. 69-72.

4. Лякишев, Н. П. (1997). Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. М.: Машиностроение, T1, T2, Т3 К1, Т3 К2.

5. El-Boragy М., Schubert К. // Z. Metallkunde. 1971. Bd. 62. N 4. S. 314-323.

6. URL: http://www.himikatus.ru/art/phase-diagr/ (дата обращения 10.02.2020)

Код для цитирования: Скопировать