книги из ГПНТБ / Иванова Р.В. Химия и технология галлия

£-фаза ниже 480° С переходит в модификацию Си состава Cu3 Ga; 7 -фаза при 645—480° С (в зависимости от содержания галлия) пере­

ходит в у-фазу, которая, по мнению Вейбке, является твердым

60

Согласно [37, 38], ß-фаза не переходит в у-фазу при 440° С, а эвтектоидно распадается при 378° С на а- и у-фазы. a -фаза имеет гранецентрированную кубическую структуру, постоянная решетки которой с повышением концентрации галлия уменьшается:

ß- и у-фазы имеют гексагональную структуру; у ß-фазы а = 2,930 кХ\

ß на основе Au3Ga претерпевает эвтектоидный распад на a -фазу твердый раствор галлия в золоте и у-фазу — твердый раствор на основе соединения Au7Ga3. Область гомогенности у-фазы при 20° С лежит в пределах 29,8—30,8% (атомн.) галлия. Граница а-фазы точно не установлена. Со стороны галлия находится вырожденная эвтектика, AuGa3 — соединение серебра с галлием имеет следующие

ÖAu+2,5% Ga = 4,0685 КХ, aAu+5% Ga = 4,067 кХ] CAU+10%Ga =4,064 кХ.

61

ВЗАИ М О Д ЕЙ СТВИ Е ГАЛЛИЯ

С ЭЛЕМЕНТАМИ II ГРУПП Ы

Бериллий—галлий. Система не изучена. Бериллий не взаимо­ действует с галлием до 500° С- Выше 500° С начинает растворяться с образованием соединения, препятствующего проникновению гал­ лия [44]. При 815° С и длительном контакте с галлием бериллий разрушается [45].

Магний—галлий [46—49]. В системе (рис. 17) в результате перитектических реакций образуются соединения MgGa2 (при 285°С); MgGa (при 373° С); Mg2Ga (при 441° С) и Mg5Ga2, плавящееся кон­

энтальпия плавления 1856 кал-моль-1 ; энтальпия образования— 2519 кал-моль-1 ; энтропия образования — 0,13 кал• (моль °К)- 1 MgoGa — гексагональная решетка группы Р62с, а = 7,79 Â; с = = 6,89 Â; Z — 6, tnn = 450° С; энтальпия плавления 1941 кал-моль-1; энтальпия образования: —2170 кал-моль-1 ; энтропия образования —0,20 кал • (моль°К)- В

Дополнительные сведения о структуре MgGa имеются в работе

нальной системе. Изменение состава от 0,17 до 2,5% (атомн.) Ga ве­ дет к изменению параметра решетки а от 3,20244 до 3,19439 и с от 5,19051 до 5,18709 кХ.

62

SrGa, с гексагональной решеткой, аналогичной А1В„; а = 4,335 Â;

Радий—галлий. Система не изучена.

Цинк—галлий [54—57 ]. Цинк и галлий образуют систему про­ стого эвтектического типа. Эвтектическая точка лежит при 5% Zn и 25° С.

Всистемах Zn—Al—Ga, Zn—Ge—Ga, Zn—In—Ga и Zn—Sn—Ga взаимодействие соответствует диаграммам состояния (рис. 18).

Всистеме Zn—Ш—Ga имеется ряд соединений: Hf4ZnGa4 с те­

трагональной решеткой типа ZгА13, а = 3,89 Â, с = 16,62 Â, группа 14!ттт\

63

В системе Zn—Ті—Ga исследовано соединение Ti5Zn4Ga11 куби­ ческой структуры типа TiZn3, а — 3,92 Â, группа РтЗ/п.

В системе Zn—Zr—Ga синтезировано два соединения: Zr2Zn3Ga3

в твердом состоянии. Монотектика находится при концентрации Ga 12% (по массе), температура плавления ее 258° С. Эвтектика близка

ных соединений на основе галлия и ртути: (Ga7Col0) Hgv; (Ga9Cr10) HgVl

ВЗАИМ ОДЕЙСТВИЕ ГАЛЛИЯ С ЭЛЕМЕНТАМИ III ГРУППЫ

Скандий— галлий [65, 66]. Галлий со скандием взаимодействует с образованием соединений: ScGa, кристаллизующегося в орторомби­ ческой решетке, изоструктурной GrB, а = 4,022 Â; b = 10,205 Â;

64

скую реакцию. Состав эвтектики близок к чистому галлию. Эвтек­

соединение характеризовалось составом Pr3Ga2), имеет тетрагональ­ ную структуру типа W5Si3, группа 14/тст, а = 12,48 А; с = 5,488 А.

Прометий—галлий. Данных относител ьно этой системы не имеется. Самарий—галлий [71, 78]. В этой системе получено одно соеди­ нение SmGa2 гексагональной структуры типа А1В2, пространствен­

ная группа Рбіттт, а = 4,238 Â; с = 4,187 К.- Европий—галлий [51, 72]. Имеется сообщение относительно

соединения EuGa2 с гексагональной структурой типа^ А1В2, про­ странственная группа Рбіттт, а = 4,351 Â; с = 4,506 Â-

Гадолиний—галлий [68, 73]. Система Ga—Gd не изучена, имеются сведения относительно двух соединений: GdGa2 гексагональной структуры типа А1В2, а = 4,219 Â; с = 4,135 Â, группа Рбіттт-, GdGa, кристаллизующееся в орторомбической системе подобно СгВ, а = 4,341 Â; Д = 4,066 Â; с = 11,02 Â, группа Стст.

Тербий—галлий [68, 74]. Система не изучена, известно два соеди­ нения: TbGa, гексагональной структуры типа А1В,, группа Рбіттт, а = 4,209 Â, с = 4,095 Â; TbGa, кристаллизующееся в орторомби­ ческой системе нзоструктурно с СгВ, группа С тот. Параметры ре­ шетки не установлены.

Диспрозий—галлий [68, 73]. Система не изучена. Имеются дан­ ные относительно двух соединений: DyGa2 с гексагональной ре­ шеткой типа А1В2, а = 4,199 Â, с = 4,066 Â, группа Рбіттт-, DyGa

нения: HoGa3 кубической структуры, аналогичной Cu3Au, а=4,226 Â,

Эрбий—галлий [68, 75]. В системе Er—Ga известно два соедине­ ния: ErGa3, кристаллизующееся в кубической системе подобно Cu3Au, а = 4,206 Ä, группа РтЗт\ ErGa2 с гексагональной решеткой изоструктурно с А1В,, а = 4,186 Â, с = 4,018 Â, группа Рбіттт.

Тулий—галлий. Система не изучена.

Иттербий—галлий [51]. Получено одно соединение YbGa2 с гекса­ гональной решеткой типа А1В,, а = 4,456 Â, с = 7,187 Â, группа

Рбіттт.

Лютеций—галлий [75]. Соединение LuGa3 имеет кубическую решетку типа Cu3Au, а = 4,169 Â, группа РтЗт.

Актиний—галлий. Система не изучена.

Бор—галлий [76—78]. Взаимодействуют с образованием соеди­ нения GaB12 тетрагональной структуры, а — 12,93 Â, с = 4,84 К, d= = 4,24 г-см“ 3.

Алюминий—галлий [79—81 ]. В результате первых исследова­ ний этой системы были выделены три соединения: Al2Ga, AlGa и AlGa2. В последующих работах показано, что система А1—Ga про­ стого эвтектического типа (рис. 20). Со стороны алюминия имеется область твердого раствора, граница которого при комнатной темпе­ ратуре, согласно [81], доходит до концентрации галлия 21% (по массе). Эвтектика со стороны галлия имеет состав 96% (по массе) Ga, температуру 26,4° С. Алюминий легко растворяется в галлии и столь же легко удаляется из сплава при действии кислот, оснований и

66

других окислителей. Это свойство используют для реакций контакт­ ного восстановления алюминием более электроположительных ионов в растворе.

Тройные системы галлия и алюминия изучали в целях изыска­ ния легких сплавов с улучшенными механическими и коррозионными свойствами [88 ] и новых полупроводниковых материалов [83, с. 291 ]. В системе Nb—Ga—Al получено соединение Nl^Ga^Al* с куби­ ческой решеткой типа Cr3Si, группа РтЗт [82].

Шенглер сообщил результаты исследования легкоплавких спла­ вов Ga—Al—Zn и Ga—Al—In [83, c. 464].

% (атома)

О 13,19 28,83 47,68 70,83 100

%(помассе)

Индий—галлий [86, 86]. Индий и галлий полностью растворимы в жидком и ограниченно в твердом состоянии (рис. 21).

Френч и др. [87] определили эвтектическую точку при содержа­ нии 24% In и температуре 16° С, при этом растворимость галлия в твердом индии 9,5%, а индия в твердом галлии менее 1%.

Особённостыо диаграммы Денни и др. [85] является наличие перегиба на линии ликвидуса при содержании примерно 70% In, после которого кривая ликвидуса становится обращенной вверх. Перитектического превращения в этой области не установлено. Инте­ ресной особенностью этой диаграммы является экспериментальное определение линии метастабильного состояния. Из сплава с 80% Ga при медленном охлаждении выкристаллизовывался ß-твердый раствор.

По новым данным [86], эвтектическая точка отвечает содержа­ нию 24,8% Ga и температуре 15,73° С, растворимость индия в гал­ лии при этой температуре 0,47% (по массе), галлия в индии — 11,95% (по массе).

По результатам Г. И. Кикнадзе и Л. В. Мельниковой [89], эвтектика имеет состав 21,5% (по массе) индия и температуру 21,5° С.

Сведения о свойствах и способах получения индиево-галлиевого сплава имеются в работах [120, 133, 158, 163].

Тройные системы на основе индия и галлия изучены с целью получения легкоплавких сплавов In—Sn—Ga (рис. 22) [83, 90—97 ],

In—Zn—Ga (см. рис. 18) [98, 83, 99], Ge—In—Ga [83] (рис. 22), а также новых композиций полупроводниковых соединений в системе InAs—GaAs. Исследование термических, электрических и оптиче­ ских свойств сплавов в этой системе [15, 16], затем диаграмм со­ стояния [40] и отдельных фаз [84], а также условий получения и свойств кристаллов [96] открывает для этого полупроводникового материала возможные области использования.

Sn(231,3°С)

Sn (231,3°С)

Рис. 22. Диаграммы состояний тройных систем на основе индия—галлия н олова —галлня, % (атомн.):

а — галлий —индий—олово; 6 — галлий—алюминий—олово; в — гал­ лий—германий—олово; г — галлий—германий—индий

Таллий—галлий [83; 100, с. 663]. Имеют ограниченную раство­ римость в жидком состоянии. Область несмешиваемости при темпе­ ратуре монотектики находится [104] между 9,4 и 97,9—99,3% (по массе) Т1. Добавление 2,01% (по массе) галлия понижает темпера­ туру плавления таллия до 235° С. Эвтектика со стороны галлия со­ держит 2,7% (атомн.) Т1, ее температура 27,5° С. Таллий в твердом галлии практически нерастворим, а растворимость галлия в твердом

расслаивания 1,8—95,5% (атомн.) Т1; температура фазового пре­ вращения 224° С. Растворимость галлия в низкотемпературной модификации таллия 0,2% (атомн.).

68

ВЗАИМ ОДЕЙСТВИЕ ГАЛЛИЯ С ЭЛЕМЕНТАМИ IV ГРУППЫ

Титан—галлий [20, с. 510; 106; 107; 109]. Титан не устойчив в галлии при температуре выше 500° С. Галлий повышает темпе­

ласти средних соотношений компонентов — ряд соединений (рис. 23 и табл. 27).

Начинают исследоваться структурные и механические свойства сплавов на основе титана и алюминия с добавками олова, галлия, индия [105].

Цирконий—галлий [107, с. 57; 109] взаимодействуют с образова­

собой с образованием соединений (рис. 25 и табл. 29).

В системе Ш—Ni—Ga известно два соединения: HfNiGa с гекса­

69