Конденсированные среды и межфазные границы
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Конденсированные среды и межфазные границы. 2021;23(1): 16–24
ISSN 1606-867Х (Print)
ISSN 2687-0711 (Onine)
Конденсированные среды и межфазные границы
https://journals.vsu.ru/kcmf/
Оригинальные статьи
Научная статья
УДК 546(561.722.682.22)
https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3293
Поверхность ликвидуса квазитройной системы Cu2S–In2S3–FeS
И. Б. Бахтиярлы, Р. Дж. Курбанова, Ш. С. Абдуллаева,* З. М. Мухтарова, Ф. М. Маммадова
Институт катализа и неорганической химии, НАН Азербайджана,
пр. Г. Джавида, 113, Баку AZ-1143, Азербайджан
Аннотация
Проекция поверхности ликвидуса квазитройной системы Cu2S-In2S3-FeS была построена по результатам проведенных
экспериментальных исследований по квазибинарным и неквазибинарным сечениям, а также по данным о двойных
системах, составляющих тройную систему. Каждое сечение в отдельности (шесть квазибинарных и четыре
неквазибинарных) было исследовано комплексными методами физико-химического анализа: дифференциально
термического, рентгенофазового и микроструктурного.
Установлено, что в квазитройной системе Cu2S-In2S3-FeS имеется шесть полей первичной кристаллизации отдельных
фаз, 11 кривых моновариантного равновесия, по которым происходит совместная кристаллизация двух фаз.
Экстраполяцией направления кривых моновариантного равновесия получены точки нонвариантного равновесия.
Тройная система Cu2S-In2S3-FeS характеризуется 17 точками нонвариантного равновесия, из них Е1-Е5 являются
точками тройной эвтектики.
Диаграмма проекции поверхности ликвидуса характеризуется тремя полями кристаллизации исходных компонентов
(Cu2S, In2S3, FeS), четырьмя полями двойных соединений и одним полем сложного соединения (CuFeIn3S6).
Так как для квазибинарного разреза CuIn5S8–FeIn2S4 наблюдается полная растворимость исходных компонентов в
жидком и твердом состояниях, поля первичной кристаллизации CuIn5S8, FeIn2S4 отсутствуют, их заменяет
неограниченный твердый раствор на основе этих компонентов.
В тройной системе Cu2S-In2S3-FeS самыми обширными являются поля первичной кристаллизации Cu2S, FeS и CuInS2.
Приведены реакции моновариантных равновесий.
Ключевые слова: система, квазитройная, эвтектика, разрез, ликвидус, сечение
Благодарности: работа выполнена при финансовой поддержке Фонда Развития Науки при Президенте
Азербайджанской Республики – Грант № EIF/MQM/Elm-Tehsil-1-2016-1(26)-71/15/1.
Для цитирования: Бахтиярлы И. Б., Курбанова Р. Дж., Абдуллаева Ш. С., Мухтарова З. М., Маммадова Ф. М. Поверхность
ликвидуса квазитройной системы Cu2S-In2S3-FeS. Конденсированные среды и межфазные границы. 2021;23(1): 000-000.
https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3293
For citation: Bakhtiyarly I. B., Kurbanova R. J., Abdullaeva Sh. S., Mukhtarova Z. M., Mammadova F. M. Liquidus surface of
the quasiternal system Cu2S-In2S3-FeS. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy = Condensed Matter and Interphases.
2021;23(1): 000-000. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3293
Абдуллаева Шахри Сейфалы кызы, e mail: sehri.abdullayeva.83@mail.ru
© Бахтиярлы И. Б., Курбанова Р. Дж., Абдуллаева Ш. С., Мухтарова З. М., Маммадова Ф. М., 2021
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
16Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(1): 16–24
И. Б. Бахтиярлы и др. Оригинальные статьи
1. Введение FeIn2S4, CuInS2–FeS [16–18]). Нами был исследо-
Квазитройная система Cu2S–In2S3–FeS явля- ван разрез CuInS2–FeS [21].
ется объектом исследования настоящей работы. Цель работы заключается в построении про-
Система Cu2S–In2S3-FeS образована бинарны- екции поверхности ликвидуса системы Cu2S-
ми соединениями, плавящимися конгруэнтно [1- In2S3-FeS: в установлении положения полей пер-
5]. Соединение Cu2S существует в виде трех мо- вичной кристаллизации фаз в системе, составле-
дификаций: до 376 К стабильна низкотемпера- нии уравнений нонвариантных фазовых прев-
турная модификация a-Cu2S; в интервале темпе- ращений, определении характера взаимодейст-
ратур 376–708 К существует форма b-Cu2S гекса- вий в подчиненных треугольниках.
гональной сингонии; выше 708 К – g-Cu2S с ГЦК
2. Экспериментальная часть
структурой, плавится при 1402 К [6–8].
Соединение In2S3 также существует в не- Для выполнения экспериментальной части
скольких структурных модификациях и отно- при изучении системы Cu2S–In2S3–FeS нами был
сится к полупроводниковым материалам типа использован комплекс методов физико-химиче-
А2IIIB3VI. Это соединение является широкозон- ского анализа: дифференциально-термический
ным полупроводником. В последнее годы к (ДТА), микроструктурный (МСА), рентгенофазо-
нему привлечено внимание исследователей вый (РФА), а также измерение микротвердости и
как к материалу «окна» в тонкопленочных фо- определение плотности [21]. ДТА изучали с по-
товольтаических приборах с целью замещения мощью прибора марки Jupiter STA 449 F3 (фирмы
CdS. Используется оно в оптоэлектронике для NETZSCH, Германия) в системе синхронтермиче-
создания фоточувствительных гетерострук- ского анализа. Точность определения термиче-
тур, микроэлектронике, солнечной энергетике ских эффектов составляла 0.10–0.15 К/град. РФА
как материал, обладающий рядом уникальных образцов проводился на рентгенодифрактоме-
свойств [9, 10]. тре «D2 Phaser» (Bruker, Германия). Микротвер-
Сульфиды железа в основном встречаются в дость фаз в сплавах измеряли по известной ме-
виде природных соединений. Они на протяже- тодике [19] на приборе ПМТ-3. Нагрузка на ал-
нии многих лет вызывают большой интерес ис- мазную пирамиду составляла 0.01–0.02 Н. Иссле-
следователей, так как обладают разнообразием дования микроструктуры осуществляли на ме-
кристаллических структур и фазовых превра- таллографическом микроскопе МИМ-8. Плот-
щений, а также необычными электрическими и ность определяли при температуре 300 К пикно-
магнитными свойствами [11]. В них наблюдают- метрическим методом (наполнитель – толуол).
ся фазовые переходы типа металл-изолятор, пе- Синтез образцов проводили из элементов
реходы в сверхпроводящее состояние и др. FeS (железо восстановленное, индий марки In – 000,
используется в некоторых областях техники, и медь чистоты – 99.999 %, сера о.с.ч. − 99.9999 %) в
еще одним развивающимся приложением яв- эвакуированных до 1.33 Па и запаянных кварце-
ляется замена кремния в солнечной фотоэлек- вых ампулах длиной 15−18 см диаметром 1.5 см
трической промышленности [12]. прямым ампульным методом в однотемператур-
В связи с этим изучение закономерностей ной печи с применением перемешивания образ-
физико-химического взаимодействия и фазоо- цов. Перед загрузкой в электрическую печь ам-
бразования, происходящими между указанны- пулы нагревали до 800 К, затем их с образцами
ми халькогенидами, имеет особые научный и постепенно погружали в печь, поднимая тем-
практический интересы и позволяет разрабо- пературу на 50–70 °С выше температуры плав-
тать новые многофункциональные материалы ления. Расплав выдерживали при этой темпе-
на их основе. ратуре в течение 7 часов. Процесс повторялся
В литературе имеется множество работ, по- несколько раз. Затем ампулу закаляли в ледя-
священных бинарным халькогенидным соеди- ной воде. Далее слиток был подвергнут гомоге-
нениям – Cu2S, FeS, In2S3 [13–15], которые были низирующему отжигу. Гомогенизирующий от-
необходимы при обсуждении полученных ре- жиг проводили при температуре 900 К в тече-
зультатов в настоящей работе. ние 200 ч.
Следует отметить, что сведения по изуче- 3. Результаты и их обсуждение
нию тройной системы в литературе отсутству-
ют. Однако имеются литературные данные об из- Для более полного понимания процессов,
учении двух квазибинарных разрезов (CuIn5S8– протекающих в квазитройной системе Cu2S–
17Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(1): 16–24
И. Б. Бахтиярлы и др. Оригинальные статьи
In2S3–FeS, мы исследовали следующие квазиби- ком и твердом состоянии. Ликвидус разреза со-
нарные и неквазибинарные сечения: CuInS2– стоит из одной кривой первичной кристалли-
FeIn 2S 4, Cu 3In 5S 9–FeIn 2S 4, Cu 3In 5S 9–CuFeIn 3S 6, зации s‑твердого раствора. Ниже линии соли-
CuFeIn 3S 6–FeS, CuInS 2–FeS квазибинарные; дуса непрерывный ряд s-твердого раствора за-
FeIn2S4–(5Cu2S)0.83(3In2S3)0.17, (5Cu2S)0.50(7.5FeS)0.50– твердевает.
(5Cu2S)0.16(3In2S3)0.84, (5Cu2S)0.16(3In2S3)0.84–FeIn2S4, Полученные нами данные хорошо согласуют-
(5Cu 2S) 0.350(3In 2S 3) 0.650–(7.5 FeS) 0.350(3 In 2S 3) 0.650 ся с результатами авторов, исследовавших сис-
неквазибинарные. тему CuIn5S8–FeIn2S4 [16].
Из изученных разрезов только в разрезе Разрез Cu3In5S9–FeIn2S4 – квазибинарный
CuInS2–FeIn2S4 была обнаружена сложная фаза – эвтектического типа. Совместная кристалли-
соединение состава CuFeIn3S6, которое участву- зация ветвей твердых растворов на основе ис-
ет в триангуляции квазитройной системы Cu2S– ходных компонентов происходит при составе
In2S3–FeS. Ниже приводится краткое описание 42 мол. % FeIn2S4 при температуре 1150 К. Рас-
изученных разрезов квазитройной системы творимость на основе Cu3In5S9 при комнатной
Cu2S– In2S3–FeS. температуре составляет 3 мол. % FeIn2S4, а на ос-
Разрез CuInS2–FeIn2S4 является квазибинар- нове FeIn2S4 – 5 мол. %.
ным сечением тройной системы Cu2S–In2S3–FeS. Разрез CuFeIn3S6–FeS является квазибинар-
Обнаружено соединение состава CuFeIn3S6 при ным сечением тройной системы с простой эв-
соотношении компонентом 1:1, которое плавит- тектикой. Совместная кристаллизация исход-
ся конгруэнтно при температуре 1365 К. Коорди- ных компонентов заканчивается при темпера-
наты эвтектических точек – 31 мол. % и 68 мол. туре 1100 К и имеет состав 30 мол. % FeS. Имеет-
% FeIn2S4 при температурах 1240 и 1290 К соот- ся растворимость на основе обоих компонентов.
ветственно. Р а з р е з ( 5 C u 2S ) 0,50( 7 . 5 F e S ) 0.50–
На основе исходных компонентов и соеди- (5Cu2S)0.16(3In2S3)0.84 (е6–е2) является неквазиби-
нения состава CuFeIn3S6 имеет место раствори- нарным сечением (рис. 1). Это сечение тройной
мость. Уточнены границы твердых растворов и системы пересекает поля подчиненных тройных
установлено, что образующиеся твердые раство- систем Cu2S–CuInS2–FeS, CuInS2–CuFeIn3S6–FeS,
ры на основе модификаций соединения CuInS2 CuInS2–Cu3In5S9–CuFeIn3S6; Cu3In5S9–CuFeIn3S6–
(a, b, g), доходят до 12 мол. % FeIn2S4 при 300 К, и FeIn2S4 и CuInS2–FeIn2S4–CuIn5S8. Поэтому его фа-
20 мол. % FeIn2S4 при 1175 К [20]. зовая диаграмма состоит из пяти самостоятель-
Разрез Cu3In5S9–CuFeIn3S6 является квази- ных частей. Ликвидус разреза представляет со-
бинарным сечением тройной системы. Фазовая бой четыре ветви первичного выделения a, g, s,
диаграмма ее относится к простому эвтектиче- d-фаз. Часть разреза в интервале концентрации
скому типу. Состав эвтектики отвечает 55 мол. % 0–61 мол. % (5Cu2S)0.50(7.5FeS)0.50 проходит через
CuFeIn3S6 при температуре 1200 К. Раствори- подчиненную тройную систему Cu2S–CuInS2–
мость на основе Cu3In5S9 при 900 К составля- FeS. В этой части разреза имеется одно тройное
ет 13 мол. % CuFeIn3S6, а при 1200 К – 20 мол. % эвтектическое (Е5) равновесие при 990 К. Вто-
CuFeIn3S6. рая часть разреза пересекает вторичную трой-
Разрез CuInS2–FeS является квазибинарным ную систему CuInS2– CuFeIn3S6–FeS в интервале
сечением [21] тройной системы Cu2S– In2S3–FeS. 61–79 мол. % (5Cu2S)0.16(3In2S3)0.84, где образуется
Ликвидус разреза состоит из ветвей первичной нонвариантная эвтектическая реакция:
кристаллизации a, b, g модификации соединения
ж ↔ g(CuInS2) + g1(FeS) + d(CuFeIn3S6).
CuInS2. Под влиянием FeS температура фазового
перехода gCuInS2 ↔ bCuInS2 уменьшается и от- В третьей части разреза кристаллизация
носится к эвтектоидному типу. Кристаллизация сплавов заканчивается затвердеванием тройной
сплавов заканчивается при 1130 К и 50 мол. % по эвтектики в точке Е2 при 1100 К (рис. 2).
реакции ж (е) ↔ a + FeS. Р а з р е з ( 5 C u 2S ) 0.350( 3 I n 2S 3) 0.650–
Выявлено, что в растворимость доходит до (7.5FeS)0.350(3In2S3)0.650 (c–d). Для изучения про-
12 мол. % FeS при комнатой температуре (300 К) цессов, протекающих в составных треугольни-
[21]. ках: Cu2S–CuInS2–FeS, CuInS2–CuFeIn3S6–FeS,
Разрез CuIn5S8–FeIn2S4 – квазибинарный. На CuFeIn3S6–FeIn2S4–FeS, а также установления
основе исходных компонентов CuIn5S8 и FeIn2S4 состава и температуры тройных нонвариант-
наблюдается их полная растворимость в жид- ных точек изучено взаимодействие в разре-
18Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(1): 16–24
И. Б. Бахтиярлы и др. Оригинальные статьи
Рис. 1. Фазовая диаграмма системы 5(Cu2S)0.507.5(FeS)0.50–5(Cu2S)0.163(In2S3)0.84
Рис. 2. Фазовая диаграмма системы 5(Cu2S)0.333(In2S3)0.67–5(FeS)0.303(In2S3)0.70
19Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(1): 16–24
И. Б. Бахтиярлы и др. Оригинальные статьи
зе (5Cu2S)0.350(3In2S3)0.650–(7.5FeS)0.350(3In2S3)0.650. Cu2S–In2S3–FeS, которое пересекает три вторич-
Разрез – неквазибинарный, пересекает две ных треугольника (рис. 2).
обширные области первичной кристаллиза- Фазовая диаграмма состоит из трех частей.
ции. Его ликвидус изображается двумя кривы- Ликвидус системы, проходящий через подчи-
ми первичной кристаллизации компонентов ненную систему CuInS2–Cu3In5S9–CuFeIn3S6, со-
(5Cu2S)0.350(3In2S3)0.650 и (7.5FeS)0.350(3In2S3)0.650. Часть стоит из первичной кристаллизации высокотем-
разреза в интервале концентрации 0–68 мол. % пературной модификации s1(Cu3In5S9). Кристал-
(7.5FeS)0.350(3In2S3)0.650 проходит через тройную лизация в этой части заканчивается при темпе-
систему Cu2S–CuInS2–FeS. В этой части разреза ратуре тройной эвтектики Е1 (1150 К). Ликвидус
имеется одно тройное эвтектическое равновесие системы, проходящий через подчиненную сис-
Е5 при 990 К. Вторая часть разреза в интервале тему Cu3In5S9–CuFeIn3S6–FeIn2S4, состоит из двух
концентраций 68÷84 мол. % (7.5FeS)0.350(3In2S3)0.650 ветвей: первичной кристаллизации d-модифи-
проходит через тройную систему CuInS 2 – кации соединения CuFeIn3S6 и s-твердого рас-
CuFeIn3S6–FeS, где равновесие заканчивается твора на основе FeIn2S4.
при температуре 1030 К в тройной эвтектике Е4. Окончательная кристаллизация происходит
Третья часть разреза пересекает тройную систе- при 1100 К – температуре тройной эвтектики (Е2).
му FeIn2S4–CuFeIn3S6–FeS в интервале концент- Третья часть разреза пересекает фазовый
рации 84-0 мол. % (7.5FeS)0.350(3In2S3)0.650. Здесь треугольник CuFeIn3S6–FeIn2S4–FeS. Здесь име-
также имеет место одно тройное эвтектическое ет место одна точка тройной эвтектики Е 3.
равновесие Е3. Ликвидус этой части состоит из ветвей пер-
В зависимости от концентрации ниже линии вичной кристаллизации твердого раствора
солидуса разрез представляет собой механиче- s(FeIn2S4)1–х(CuIn5S8)х.
скую смесь трех фаз. Р а з р е з ( 7 . 5 F e S ) 286( 3 I n 2S 3) 0.714–
Р а з р е з ( 5 C u 2S ) 0.33( 3 I n 2S 3) 0.67– (5Cu2S)0.83(3In2S3)0.17 (D4–e4) является неквази-
(7.5FeS)0.30(3In2S3)0.70 (a–b) является неквази- бинарным сечением тройной системы. Фазовая
бинарным сечением квазитройной системы диаграмма его состоит из трех частей (рис. 3).
Рис. 3. Фазовая диаграмма системы (FeS)0.286 3(In2S3)0.714–5(Cu2S)0.833(In2S3)0.17
20Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(1): 16–24
И. Б. Бахтиярлы и др. Оригинальные статьи
Ликвидус разреза состоит из кривых первич- В нонвариантной точке Е1 сходятся три кри-
ной кристаллизации s-, d- и g-фаз твердых рас- вые моновариантного равновесия: е3E1, е8Е1 е9Е1
творов на основе соединения Cu3In5S9, FeIn2S4 и при температуре 1150 К
твердого раствора g-фазового перехода CuInS2 Система CuFeIn3S6–Cu3In5S9–FeIn2S4
соответственно. В разрезе имеются три трой- Ликвидус этой системы представлен полями
ные эвтектические превращения Е3, Е4, Е5. При- Cu3In5S9, CuFeIn3S6, s(FeIn2S4)1-х(CuIn5S8)х, разде-
водим реакции, протекающие в этих нонвари- ленными кривыми моновариантного равнове-
антных эвтектических точек, как: сия е8Е2, е7Е2, е10Е2.
ж ↔ d(CuFeIn3S6)+ s(FeIn2S4) + g1(FeS) Е3 Система характеризуется одной нонвариант-
ной точкой Е2, где сходятся эти кривые монова-
ж ↔ g(CuInS2) + g1(FeS) + d(CuFeIn3S6) Е4
риантного равновесия, и химическая реакция
ж ↔ a1(Cu2S) + g(CuInS2) + g1(FeS) Е5 здесь протекает при температуре 1150 К:
3.1. Проекция поверхности ликвидуса ж ↔ s1(Cu3In5S9) + d(CuFeIn3S6) +
+ s[(FeIn2S4)1–х(CuIn5S8)х] (Е2).
По квазибинарным разрезам (их 6), которые
являются триангулирующими секущими, квази- Система Сu2S –CuInS2–FeS
тройная система Cu2S–In2S3–FeS триангулирует- Поверхность кристаллизации этой вторич-
ся на шесть подчиненных треугольников: ной системы занимают поля Сu2S, CuInS2, FeS. В
1. Cu3In5S9– In2S3–FeIn2S4 этом составном треугольнике происходит одно
2. CuInS2–Cu3In5S9 –CuFeIn3S6 эвтектическое превращение Е5, и здесь протека-
3. CuFeIn3S6 –Cu3In5S9–FeIn2S4 ет следующая химическая реакция:
4. Cu2S–CuInS2–FeS ж ↔ a1(Cu2S) + g(CuInS2) + g1(FeS)
5. CuInS2–CuFeIn3S6 –FeS
6. CuFeIn3S6–FeIn2S4–FeS В этой точке сходятся три кривые монова-
Каждая из них может быть представлена в от- риантного равновесия е4Е5; е6Е5 и Е5е12, которые
дельности как самостоятельная тройная система. разграничивают поля Сu2S, CuInS2 и FeS.
Ниже приводится характер химического вза- Система CuInS2–CuFeIn3S6–FeS
имодействия по отдельным вторичным трой- В этой вторичной тройной системе протека-
ным системам. ет только одно эвтектическое превращение Е4.
Система Cu3In5S9–In2S3–FeIn2S4 Сходятся в этой точке моновариантные кривые
К в а з и б и н а р н ы й р а з р е з D 1( C u I n 5S 8) – е9Е4, е12Е4, е11Е4. В нонвариантной точке Е4 при
D4(FeIn2S4), в котором образуется непрерывный температуре 1030 К совместно кристаллизуют-
ряд твердого раствора, не участвует в триангуля- ся три фазы CuInS2, CuFeIn3S6, FeS.
ции тройной системы. Поэтому кристаллизация Система CuFeIn3S6–FeIn2S4–FeS
в системе Cu3In5S9–In2S3–FeIn2S4 заканчивается не Поле этой вторичной системы, в основном,
в тройной нонвариантной точке, а в кривых e1p1 занято областью FeS, а также полями CuFeIn3S6
и e2e7 в двойной нонвариантной точке. Монова- и (FeIn2S4)1-х(CuIn5S8)х. На трех сторонах этого
риантная кривая e1p1 характеризует равновесие: треугольника протекает только эвтектическое
превращение. В этом составном треугольнике
ж ↔ b(In2S3) + s[(CuIn5S8)1-x(FeIn2S4)x], имеет место одна нонвариантная эвтектиче-
а кривая e2e7: ская точка Е3 при температуре 1070 К, где схо-
дятся три кривые моновариантного равнове-
ж ↔ s[(CuIn5S8)1-x(FeIn2S4)x] + s1(Cu3In5S9)
сия: е10Е3, е11Е3, е5Е3.
CuInS2–Cu3In5S9–CuFeIn3S6 В этом составном треугольнике протекает
В этом составном треугольнике происхо- следующая химическая реакция:
дит одно эвтектическое превращение, поэто-
ж ↔ d(CuFeIn3S6 + s[(FeIn2S4)1–х(CuIn5S8)х] +
му данная система характеризуется наличием
+ g1(FeS) (Е3)
одной нонвариантной точкой Е1, где протека-
ет реакция: Построение проекции поверхности ликвиду-
са тройной квазитройной системы Cu2S– In2S3–
ж ↔ s1(Cu3In5S9) + d(CuFeIn3S6)+ g(CuInS2).
FeS (рис. 4) осуществлено на основании дан-
Поле кристаллизации этой системы в основ- ных по фазовым равновесиям в двойных сис-
ном представлено областями CuInS2 (5), Cu3In5S9 темах, составляющих тройную систему, и ряда
(3), CuFeIn3S6 (4). экспериментально изученных внутренних раз-
21Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(1): 16–24
И. Б. Бахтиярлы и др. Оригинальные статьи
Рис. 4. Поверхность ликвидуса системы Cu2S–In2S3–FeS
резов, краткие характеристики которых приве- 4. Выводы
дены выше. В системе имеются 5 точек нонвариантного
Диаграмма проекции поверхности ликвиду- равновесия, которые являются точками трой-
са характеризуется тремя полями кристаллиза- ной эвтектики, а кривых моновариантного рав-
ции исходных компонентов (рис. 2). (Cu2S, In2S3, новесия всего девять. Температуры и составы
FeS), четырьмя полями двойных соединений и найденных нонвариантных точек были сопо-
одним полем сложного соединения (CuFeIn3S6). ставлены с данными, полученными при изуче-
Так как в квазибинарном разрезе CuIn5S8– нии неквазибинарных разрезов, а также с тер-
FeIn2S4 наблюдается полная растворимость ис- мограммами сплавов вблизи предполагаемых
ходных компонентов в жидком и твердом состо- точек.
яниях, поля первичной кристаллизации CuIn5S8 Таким образом, впервые была построена
и FeIn2S4 отсутствуют, их заменяет неограни- проекция поверхности ликвидуса квазитрой-
ченный твердый раствор на основе этих ком- ной системы Cu2S–In2S3–FeS. В ней установле-
понентов. ны области первичной кристаллизации фаз, а
Область твердого раствора, имеющая место в также координаты всех нон – и моновариант-
разрезе CuIn5S8–FeIn2S4, занимает часть кристал- ных равновесий.
лизационного поля вторичных тройных систем
CuIn5S8–FeIn2S4–Cu3In5S9 и In2S3–CuIn5S8–FeIn2S4. Конфликт интересов
В тройной системе имеются 7 полей первичной Авторы заявляют, что у них нет известных
кристаллизации отдельных фаз. В тройной сис- финансовых конфликтов интересов или личных
теме Cu2S–In2S3–FeS самыми обширными явля- отношений, которые могли бы повлиять на ра-
ются поля первичной кристаллизации Cu2S (6), боту, представленную в этой статье.
FeS (7) и CuInS2 (5).
Разграничивающие поля первичной кри- Список литературы
сталлизации линии моновариантных равнове- 1. Tomashik V. Cu–In–S (Copper – Indium - Sulfur).
сий пересекаются в тройных нонвариантных Non-Ferrous Metal Systems. 2006;V11C1(1): 1–19.
точках (табл. 1 и 2). https://doi.org/10.1007/10915981_24
22Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(1): 16–24
И. Б. Бахтиярлы и др. Оригинальные статьи
Таблица 1. Нонвариантные реакции в квазитройной системе Cu2S–In2S3–FeS
Составы, %
Символы Равновесия T, K
5Cu2S 3In2S3 7.5FeS
e1 ж ↔ β(In2S3) + σ(D1)(CuIn5S8) 7.00 93.00 – 1340
e2 ж ↔ σ(D1)(CuIn5S8) + σ1(D2)(Cu3In5S9) 16.00 84.00 – 1330
e3 ж ↔ σ1(D2)(Cu3In5S9) + γ(D3)(CuInS2) 33.00 67.00 – 1345
e4 ж ↔ α1(Cu2S) + γ(D3)(CuInS2) 77.00 23.00 – 1260
e5 ж ↔ σ(D4)(FeInS4) + γ1(FeS) – 51.00 49.00 1375
e6 ж ↔ α1(Cu2S) + γ1(FeS) 52.00 – 48.00 1200
e7 ж ↔ σ1(D2)(Cu3In5S9) + σ(D4)(FeInS4) 15.50 72.50 12.00 1150
e8 ж ↔ σ1(D2)(Cu3In5S9) + δ(D5)(CuFeIn3S6) 22.00 70.00 8.00 1200
e9 ж ↔ γ(D3)(CuInS2) + δ(D5)(CuFeIn3S6) 25.50 66.00 8.500 1285
e10 ж ↔ δ(D5)(CuFeIn3S6) + σ(D4)(FeInS4) 12.00 69.00 19.00 1290
e11 ж ↔ δ(D5)(CuFeIn3S6) + γ1(FeS) 12.50 46.50 41.00 1100
e12 ж ↔ γ(D3)(CuInS2) + γ1(FeS) 18.50 31.50 50.00 1130
E1 ж ↔ σ1(D2)(Cu3In5S9) + δ(D5)(CuFeIn3S6) + γ(D3)(CuInS2) 24.00 68.00 8.00 1150
E2 ж ↔ σ1(D2)(Cu3In5S9) + δ(D5)(CuFeIn3S6) + σ((D4)1–x(D1)x 16.00 71.50 12.50 1100
E3 ж ↔ δ(D5)(CuFeIn3S6) + σ((D4)1–x(D1)x + γ1(FeS) 7.00 58.00 35.00 1070
E4 ж ↔ γ(D3)(CuInS2) + γ1(FeS) + δ(D5)(CuFeIn3S6) 17.50 45.00 37.50 1030
E5 ж ↔ α1(Cu2S) + γ(D3)(CuInS2)+ γ1(FeS) 38.50 18.50 43.00 1090
Таблица 2. Моновариантные реакции в квазитройной системе Cu2S–In2S3–FeS
Символы Равновесия T, K
e2 e7 E2 ж ↔ σ(CuIn5S8)1-x(FeIn2S4)x + σ1(Cu3In5S9) 1330–1150–1100
e3 E1 ж ↔ σ1(Cu3In5S9) + γ(CuInS2) 1345–1150
E1 e8 E2 ж ↔ σ1(Cu3In5S9) + δ(CuFeIn3S6) 1150–1200–1100
E1 e9 E4 ж ↔ δ(CuFeIn3S6) + γ(CuInS2) 1150–1285–1030
E4 e12 E5 ж ↔ γ(CuInS2) + γ1(FeS) 1030–1130–1090
e4 E5 ж ↔ γ(CuInS2) + α1(Cu2S) 1260–1090
e6 E5 ж ↔ α1(Cu2S) + γ1(FeS) 1200–1090
E4 e11 E3 ж ↔ δ(CuFeIn3S6) + γ1(FeS) 1030–1100–1070
e5 E3 ж ↔ σ(CuIn5S8)1-x(FeIn2S4)x + γ1(FeS) 1375–1070
E2 e10 E3 ж ↔ σ(CuIn5S8)1-x(FeIn2S4)x + δ(CuFeIn3S6) 1100–1315–1070
e1 p1 ж ↔ β(In2S3)+ σ(CuIn5S8)1-x(FeIn2S4)x 1340–1305
e2e7 ж ↔ σ(CuIn5S8)1–x(FeIn2S4)x++ σ1(Cu3In5S9) 1330–1150
2. Binsma J. J. M., Giling L. J., Bloem J. Phase rela- 4. Raghavan V. Fe-In-S (Iron – Indium - Sulfur).
tions in the system Cu2S–In2S3. Journal of Crystal Journal of Phase Equilibria. 1998;19(3): 270. https://
Growth. 1980;50(2): 429–436. https://doi. doi.org/10.1361/105497198770342337
org/10.1016/0022-0248(80)90090-1 5. Manual G. J., Patino F., Salinas E. Medición del
3. Рустамов П. Г., Бабаева П. К., Аллазов М. Р. contenido calórico de la mata de cobre (Cu2S–FeS)
Диаграмма состояния разреза FeS-In2S3. Журнал usando un calorímetro de gota. Revista de la Sociedad
неорганической химии. 1979;24(8): 2208–2211. Quimica de Mexico. 2001;45(1): 13–16. Режим
23Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(1): 16–24
И. Б. Бахтиярлы и др. Оригинальные статьи
доступа: https://www.researchgate.net/publica- CuInS2-FeS. Физико-химические процессы в кон-
tion/26465784_Medicion_del_contenido_calorico_de_ денсированных средах и на межфазных границах.
la_mata_de_cobre_Cu2S-FeS_usando_un_calorimet- Материалы VII Всеросийской конференции, 10–13
ro_de_gota ноября 2015, Воронеж. Научная книга; 2015. с. 371.
6. Patil M., Sharma D., Dive A., Mahajan S., Shar- 18. Trukhanov S. V., Bodnar I. V., Zhafar M. A.
ma R. Synthesis and characterization of Cu2S thin film Magnetic and electrical properties of
deposited by chemical bath deposition method. Pro- (FeIn 2S 4) 1–x(CuIn 5S 8)x solid solutions. Journal of
cedia Manufacturing.2018:20: 505–508. https://doi. Magnetism and Magnetic Materials. 2015;379: 22–27.
org/10.1016/j.promfg.2018.02.075 https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.10.120
7. Li S., Wang H., Xu W., Si H., Tao X., Lou S., et al. 19. Глазов В. М., Вигодорович В. К. Микротвер-
Synthesis and assembly of monodisperse spherical дость металлов и полупроводников. М.: Металлур-
Cu2S nanocrystals. Journal of Colloid and Interface гия; 1969. 248с.
Science. 2009;330(2): 483–487. https://doi. 20. Abdullayeva Sh. S., Mammadov F. M.,
org/10.1016/j.jcis.2008.10.062 Bakhtiyarly İ. B. Quasi-binary section CuInS2–FeIn2S4.
8. Kozer V. R., Parasyuk O. V. Phase equilibria in Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2020;65(1);
the quasi-ternary system Cu2S-In2S3-CdS. Chemistry 100–105. https://doi.org/10.1134/s0036023619110020
of Metals and Alloys. 2009;2(1/2): 102–107. https://doi. 21. Bakhtiyarly I. B., Abdullayeva Sh. S., Gurbano-
org/10.30970/cma2.0087 va R. J., Mammadova F. M. Guseynova Sh. B. Study of
9. Gorai S., Guha P., Ganguli D., Chaudhuri S.. interactions in the CuInS2–FeS system. Russian Journal
Chemical synthesis of b-In2S3 powder and its optical of General Chemistry. 2019;89(8): 1281–1284. https://
characterization. Materials Chemistry and Physics. doi.org/10.1134/s1070363219080188
2003;82(320): 974–979. https://doi.org/10.1016/j.
matchemphys.2003.08.013 Информация об авторах
10. Боднар И. В., Полубок В. А., Рудь В. Ю., Бахтиярлы Ихтияр Бахрам оглы, д. х. н., про-
Рудь Ю. В. Фотоэлектрохимические ячейки на фессор, Институт катализа и неорганической хи-
монокристаллах In2S3. ФТП. 2003;37(11): 1346–1348. мии, НАН Азербайджана, Баку, Азербайджан; e-
Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/ mail: ibakhtiyarli@mail.ru. ORCID iD: https://orcid.
viewPDF/5403 org/0000-0002-7765-0672.
11. Mitsui H., Sasaki T., Oikawa K., Ishida K. Phase Курбанова Руксана Джалал кызы, д. фил. (по
equilibria in FeS–XS and MnS–XS (X=Ti, Nb and V) химии), доцент, Институт катализа и неорганиче-
systems. ISIJ International. 2009;49(7): 936–941. ской химии, НАН Азербайджана, Баку, Азербайд-
https://doi.org/10.2355/isijinternational.49.936 жан; ORCID iD: https://orcid.org/0000-0001-6467-
12. Terranova U., de Leeuw N. H. Phase stability 0079.
and thermodynamic properties of FeS polymorphs.
Абдуллаева Шахри Сейфалы кызы, аспирант,
Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2017;111:
м. н. с., Институт катализа и неорганической хи-
317–323. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2017.07.033
мии, НАН Азербайджана, Баку, Азербайджан; e-
13. Thomere A., Guillot-Deudon C., Caldes M. T.,
mail: sehri.abdullayeva.83@mail.ru. ORCID iD:
Bodeux R., Barreau N., Jobic S., Lafond A. Chemical
https://orcid.org/0000-0003-1723-2783.
crystallographic investigation on Cu2S-In2S3-Ga2S3
ternary system. Thin Solid Films. 2018;665: 46–50. Мухтарова Зияфат Мамед кызы, д. фил. (по
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2018.09.003 химии), доцент, Институт катализа и неорганиче-
14. Hurman Eric R. Activities in CuS-FeS-SnS melts ской химии, НАН Азербайджана, Баку, Азербайд-
at 1200. Metallurgical Transactions B.1993;24(2): жан; e-mail: ziyafatmuxtarova@mail.ru. ORCID iD:
301–308. https://doi.org/10.1007/bf02659132 https://orcid.org/0000-0003-1222-969X.
15. Womes M., Olivier-Fourcade J., Jumas J.-C., Маммадова Фатмаханум Мамед, н. c., Институт
Aubertin F., Gonser U. Characterization of the single катализа и неорганической химии, НАН Азербай-
phase region with spinel structure in the ternary sys- джана, Баку, Азербайджан; e-mail: Fatma.
tem In2S3–FeS–FeS2. Journal of Solid State Chemistry. mammadova.1959@mail.ru. ORCID iD: https://orcid.
1992;97(2): 249–256. https://doi.org/10.1016/0022- org/0000-0002-8848-1018.
4596(92)90032-q Все авторы прочитали и одобрили окончатель-
16. Олексеюк І. Д., Парасюк О. В., Козер В. Р. До- ный вариант рукописи.
слідження систем типу Сu(Ag)In5S8 − FeIn2S4. Науко-
Поступила в редакцию 03.09.2020; одобрена по-
вий вісник Волинського національного університе-
сле рецензирования 15.12.2020; принята к публика-
ту ім. Лесі Українки: Хімічні науки. 2009;24: 3–8.
ции 15.03.2021; опубликована онлайн 25.03.2021.
17. Мирзоева Р. Дж., Шихалибейли Ш. Ш., Алла-
зов М. Р. Исследование полупроводниковой системы
24Вы также можете почитать
