XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

Металлы платиновой группы формируют важную группу элементов. Одним из таких элементов является рутений. Хотя систематическое исследование сплавов рутения началось сравнительно недавно, но уже к настоящему времени сплавы рутения нашли широкое применение в различных областях. Однако все возможности использования рутения не выявлены полностью, так как химия рутения и его соединений изучена недостаточно.

Информация о фазовых отношениях необходима для понимания процессов возникновения и накопления минералов в природе, что применимо для изучения месторождений полезных ископаемых. Кроме того, изучение фазовых отношений всегда связано с поиском новых фаз, которые могут быть потенциальными минералами и, кроме того, обладать интересными физическими свойствами.

Оборудование, посуда и реактивы

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

Синтез фазовых ассоциаций в системе Ru-As-Te

Синтез равновесных фазовых ассоциаций производился методом «сухого» синтеза из простых веществ при температурах 350 °С, 450 °С, 550 °С. Данный метод синтеза имеет ряд преимуществ: простота, дешевизна используемого оборудования, устойчивость кварцевого стекла к резким температурам (коэффициент расширения ~ 0.5·10^-6 на 1°С), кварцевое стекло прозрачно для ультрафиолетового и рентгеновского излучения и позволяет изучить содержимое внутри ампулы в течение синтеза [1].

Навески помещались в кварцевые ампулы и обжигались в течение двух недель, а после перетирались для гомогенизации. Гомогенизировав образцы, кварцевые ампулы помещались в горизонтальные трубчатые печи сопротивления и выдерживались 30-60 дней.

Далее образцы извлекались из печей, перетирались, помещались в специальные формы и заливались эпоксидной смолой.

Исследование фазовых ассоциаций комбинацией методов РСМА и РФА

Синтезированные фазовые ассоциации исследовались методом рентгеноспектрального микроанализа (электронный микроскоп TESCAN Vega II XMU, ИЭМ РАН, г. Черноголовка) и методом рентгеновской порошковой дифрактометрией (Rigaku D/Max2200, излучение CuKα, ИГЕМ РАН, г. Москва).

Результаты и обсуждения

Для построения трехкомпонентных изотермических сечений фазовой диаграммы использовались данные, полученные при анализе бинарных фазовых диаграмм (температурная стабильность существующих фаз и области их гомогенности) и научной литературы, и данные, полученные после анализов методами РСМА и РФА [2, 3, 4].

Рисунок 1 – Предварительное изотермическое сечение фазовой диаграммы Ru-As-Te для 350 °С. Трехфазные равновесия выделены жирными линиями, а коноды двухфазных равновесий – более тонкими. Звезды различных цветов – составы синтезированных ассоциаций, квадраты различных цветов – результаты рентгеноспектрального микроанализа, круги черного цвета – бинарные соединения.

При температуре 350 °С устойчивы пять фаз: RuTe₂, RuAs, RuAs₂, As₂Te₃ и RuAsTe. Вероятно, что фаза RuAsTe является фазой переменного состава. Синтезированные фазы образуют семь двухфазных ассоциаций. Фаза RuAsTe образует следующие бинарные фазовые равновесия: RuAsTe-Ru, RuAsTe-Te, RuAsTe-RuTe₂. Фаза RuTe₂ образует следующие бинарные фазовые равновесия: RuTe₂-Ru, RuTe₂-Te, RuTe₂-RuAsTe. Фаза RuAs₂ образует следующие бинарные фазовые равновесия: RuAs₂-Te, RuAs₂-As₂Te₃, RuAs₂-As.

При температуре 350 °С конечные фазовые отношения на данный момент не установлены ввиду недостаточного количества экспериментальных данных, о чем говорит большое количество наблюдаемых фаз.

Рисунок 2 – Предварительное изотермическое сечение фазовой диаграммы Ru-As-Te для 450 °С. Трехфазные равновесия выделены жирными линиями, а коноды двухфазных равновесий – более тонкими. Звезды различных цветов – составы синтезированных ассоциаций, квадраты различных цветов – результаты рентгеноспектрального микроанализа, круги черного цвета – бинарные соединения.

При температуре 450 °С устойчивы пять фаз: RuTe₂, RuAs, RuAs₂, и RuAsTe и расплав Te (До 50 % ат. As). Вероятно, что фаза RuAsTe является фазой переменного состава. Синтезированные фазы образуют десять ассоциаций: четыре трехфазных и шесть двухфазных. Фаза RuAsTe образует следующие бинарные фазовые равновесия RuAsTe-Liquid, RuAsTe-RuTe₂, RuAsTe-Ru. ФазAsа RuTe₂ образует следующие бинарные фазовые равновесия: RuTe₂-Ru, RuTe₂-Te, RuTe₂-RuAsTe. Фаза RuAs₂ образует следующие бинарные фазовые равновесия: RuAs₂-Te, RuAs₂-As₂Te₃, RuAs₂-As. Фаза RuAsTe образует следующие трехфазные равновесия: RuAsTe-Ru-RuTe₂, RuAsTe-Te-RuTe₂.

При температуре 450 °С фазовые отношения на данный момент не установлены ввиду недостаточного количества экспериментальных данных, о чем говорит большое количество наблюдаемых фаз.

Рисунок 3 – Предварительное изотермическое сечение фазовой диаграммы Ru-As-Te для 550 °С. Трехфазные равновесия выделены жирными линиями, а коноды двухфазных равновесий – более тонкими. Звезды различных цветов – составы синтезированных ассоциаций, квадраты различных цветов – результаты рентгеноспектрального микроанализа, круги черного цвета – бинарные соединения.

При температуре 550 °С устойчивы пять фаз: RuTe₂, RuAs, RuAs₂, и RuAsTe и расплав Te (До 60 % ат. As). Вероятно, что фаза RuAsTe является фазой переменного состава. Синтезированные фазы образуют две двухфазные ассоциаций. Фаза RuAsTe образует следующие бинарные фазовые равновесия RuAsTe-Liquid, RuAsTe-Ru.

При температуре 550 °С фазовые отношения на данный момент не установлены ввиду недостаточного количества экспериментальных данных.

В системе Ru-As-Te существует фаза RuAsTe, которая недостаточно изучена, чтобы построить тройную фазовую диаграмму. Информация по кристаллической структуре существующей фазы представлена в Табл. 1 [5].

 

Таблица 1. Кристаллическая структура существующих фаз в системе Ru-As-Te [5].

Фаза	Параметры элементарной ячейки
	а, Å	b, Å	c, Å
RuAsTe	6.36	6.63	6.4

Выводы

В результате проделанной работы было синтезировано 20 образцов для изучения фазовых отношений при температурах 350 °С, 450 °С, 550 °С.

Синтезировано химическое соединение RuAsTe – вероятно фаза переменного состава. Область гомогенности имеет более широкий диапазон (от 35 до 44 ат.% ⁓ Ru и от 25 до 34 As ат.% ) Многие синтезированные образцы не пришли к равновесию, поэтому требуется дальнейший отжиг в горизонтальных трубчатых печах сопротивления.

На основании обработанных данных, были найдены двухфазные и трехфазные равновесия, были предварительно построены фазовые отношения данной трехкомпонентной системы.

Список цитируемой литературы

Воган Д., Крейг Дж. Химия сульфидных минералов. (Под ред. И. Я. Некрасова). M.: «МИР». 1981. С. 565.

Predel B. As-Se (Arsenic-Selenium) //Ac-Ag... Au-Zr. Springer. 1991. С. 1-2.

Okamoto H. Comment on Ru-Te (ruthenium-tellurium) //Journal of phase equilibria. 1995. Т. 16. №. 6. С. 535-536.

М. В. Раевская, Е. М. Соколовская, Физикохимия рутения и его сплавов. Издательство Московского университета. 1976. С. 5-22.

Кристаллическая структура RuAsTe[Электронный ресурс] // URL: https://materials.springer.com/isp/crystallographic/docs/sd_1820541 (дата обращения: 14.07.2021).

Код для цитирования: Скопировать