Редкоземельные металлы и их полуторные оксиды
В работе Рота и Шнайдера [4] высказывалось предположение о зависимости верхней температуры устойчивости С-форм от исходных материалов. По их мнению, переход структуры из С-типа в А- или В-тип есть процесс, скорость которого должна завись от степени кристаллизации С-модификации.
Брауэр и Мюллер [22] исследовали влияние условий образования на полиморфизм полуторных оксидов самария, европия и гадолиния, а также пытались путем изменения температуры и продолжительности нагревания обратить В-тип структуры в С-тип. В ходе работы использовались реактивы высокой чистоты, содержащие 99.8—99.9% основного соединения. Исходными веществами служили гидрооксиды, нитраты, карбонаты и оксалаты указанных выше элементов. Их разлагали путем нагревания в высоком вакууме (10-5 атм.) при температуре 600°. В дальнейшем обжиги проводились при температурах вплоть до 1000° в вакуумной печи, при более высокой температуре — на воздухе. Выдержки при высоких температурах составляли 30—100 часов и при средних температурах 100—300 часов, а иногда даже более 1200 часов. Охлаждение образцов и дальнейшее их исследование проводилось в атмосфере сухого азота. В ходе исследования проводился рентгенографический анализ, определялись плотность и изменение веса. После этого образец снова подвергался нагреванию.
Было показано, что превращение С→В протекает очень медленно даже при относительно высоких температурах (1200°). Не было замечено никакого намека на обратное превращение В→С. Авторы пытались осуществить этот переход путем различных мероприятий. Например, пробу С-формы Gd2O3 очень непродолжительное время нагревали при 1400°, с тем чтобы образовалось около 20% В-Gd2O3, затем образец прокаливали 200—500 часов при 1250, 1200 и 1000°, т. е. при температурах относительной устойчивости С-формы. Однако нагревание В-формы с зародышами С-формы не привело к какому-либо изменению в составе фаз. Никаких следов В→С-превращения не было обнаружено и после прокаливания в течение 250 часов при 1050° (в высоком вакууме) смеси В-формы Gd2O3 с 10% СаС12, использованного в качестве минерализатора.
Из опытов следует, что при нагревании на воздухе или в вакууме не существует строго определенной температуры превращения С-формы в В-форму, а наблюдается только интервал температур, в пределах которого происходит превращение. Ширина интервала и его положение сильно зависит от предыстории образца.
Шиес [1] обращал также внимание на то, что при превращении С-формы в В-форму происходит не только увеличение плотности образцов, но и изменение их веса. Так, оксид европия, полученный при 800° из оксалата, проявляет тенденцию к потере веса и увеличению плотности во время дальнейшего нагревания при 13000 как в кислороде, так и в водороде (таб. 4).
Таблица 4. Изменение веса и плотности окиси европия при нагревании
Температура, °С |
Время, часы |
Атмосфера |
Потеря веса, % от веса сухого оксалата |
Плотность, г/см3 |
800 1300 1300 |
3 3 3 |
O2 O2 H2 |
45.9 46.8 46.4 |
7.45 8.03 7.98 |
Нами было проведено изучение поведения оксидов различных редкоземельных элементов, в том числе европия при их нагревании [20] (в том числе и термогравиметрические измерения при давлении кислорода около 0.1 мм рт. ст.).
Таблица 5. Влияние газовой среды на температуру фазовых переходов (Исходный материал — С-форма оксида, время нагревания — 2 часа)
Т, °С |
Газовая | ||||
среда |
Nd2O3 |
Sm2О3 |
Еu203 |
Gd2O3 | |
700 |
Водород |
C |
С |
C |
C |
800 |
Кислород |
C |
С |
C |
С |
Водород |
А + С |
С |
C |
C | |
900 |
Кислород |
А + С |
С |
C |
C |
Водород Кислород |
А |
C |
C |
C | |
А |
C |
C |
C | ||
950 |
Водород |
А |
C |
C |
C |
1000 |
Кислород |
А |
C |
C |
C |
Водород |
А |
C |
C |
C | |
Кислород |
А |
C |
C |
C | |
1050 |
Водород |
А |
B |
C |
C |
Кислород |
А |
B |
C |
C | |
1100 |
Водород |
А |
B |
C |
C |
Кислород |
А |
B |
C |
C | |
1150 |
Водород |
А |
B |
В (С) |
C |
Кислород |
А |
B |
B |
C | |
1250 |
Водород |
А |
B |
B |
C>B |
Кислород |
А |
B |
B |
C + B | |
1300 |
Кислород |
А |
B |
B |
B |