PHASE EQUILIBRIA IN THE Cu2Se – Ga2Se3 – In2Se3 QUASI-TERNARY SYSTEM

Autor: P. V. Tyshchenko, I. D. Olekseyuk, I. A. Ivashchenko, V. S. Kozak, L. D. Gulay, V. Z. Pankevych
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Науковий вісник Ужгородського університету. Серія "Хімія"; Том 42, № 2 (2019); 35-46
Scientific Bulletin of the Uzhhorod University. Series «Chemistry»; Том 42, № 2 (2019); 35-46
ISSN: 2414-0260
Popis: Виходячи з результатів РФА 100 зразків був побудований ізотермічний переріз системи при 820 K. Він характеризується утворенням однієї області α-НРТР зі структурою халькопіриту, пр. гр. I-42d. При 820 K утворюються тверді розчини δ' на основі CuIn3Se5 та δ – на основі CuGa3Se5. Перші мають тетрагональну структуру і кристалізуються в пр. гр. I-42m, параметри комірки змінюються від а = 0.57540(1) нм, с = 1.1520(2) нм для CuIn3Se5 до а = 0.56207(9) нм, с = 1.1286(6) нм для складу 48 мол.% CuIn3Se5 – 52 мол.% CuGa3Se5. δ-тверді розчини кристалізуються в тетрагональній сингонії, пр. гр. I-42m, параметри комірки змінюються лінійно від а = 0.55092(3) нм, c = 1.0973(2) нм для CuGa3Se5 до а = 0.56040(7) нм, c = 1.1179(9) нм для складу 28 мол.% CuIn3Se5 – 72 мол.% CuGa3Se5. Вищезгадані тверді розчини є твердими розчинами заміщення Ga3+ ↔ In3+. Крім вказаних твердих розчинів система характеризується утворенням ε-твердих розчинів на основі ВТМ Ga2Se3 з кубічною структурою, пр. гр. F-43m. Період елементарної комірки змінюється від а = 0.5430(2) нм для Ga2Se3 до а = 0.5512(3) нм для зразка 4 мол.% Cu2Se – 83 мол.% Ga2Se3 – 13 мол.% In2Se3. Також існують γ2 і γ1 фази, області існування яких поширюються у квазіпотрійну систему на 1-2 мол.% і витягнуті вздовж системи Ga2Se3 – In2Se3 (γ1 – до 10 мол.% In2Se3, γ2 – до 30 мол.% In2Se3). На основі ВТМ Cu2Se, CuIn5Se8, CuIn7Se11, CuIn11Se17, 1-ВТМ In2Se3 існують незначні області гомогенності. Вказані однофазні області розділені дво- і трифазними рівновагами.Проекція поверхні ліквідусу була побудована за результатами досліджень однієї квазібінарної системи CuInSe2-Ga2In8Se15 та 6 політермічних перерізів. Проекція складається з 11 полів первинної кристалізації μ-твердих розчинів на основі ВТМ Cu2Se, сполуки Cu3InSe3, α-твердих розчинів зі структурою халькопіриту, які утворюються між CuGaSe2 та НТМ CuInSe2, β-твердих розчинів на основі ВТМ CuInSe2, γ-тернарної високотемпературної фази, яка утворюється в системі Cu2Se – Ga2Se3, δ-твердих розчинів на основі CuGa3Se5, ε-твердих розчинів на основі ВТМ Ga2Se3, λ-твердих розчинів на основі 3-ВТМ In2Se3, фази γ1 на основі складу Ga2In8Se15, сполук CuIn5Se8, CuIn11Se17. Ці поля розділені 21 моноваріантною кривою та 22 нонваріантними точками, які лежать на відповідних площинах нонваріантних чотирифазних процесів. В системі існує один квазібінарний переріз CuInSe2 – Ga2In8Se15 (γ1). Сполуки CuGaSe2 (α), CuGa3Se5 (δ), CuIn5Se8, CuIn11Se17 мають перитектичний характер утворення. Сполуки CuIn3Se5, CuIn7Se11, Ga6In4Se15 мають твердофазний характер утворення, тому не мають первинної кристалізації на проекції поверхні ліквідусу.
Isothermal section of the quasi-ternary system Cu2Se – Ga2Se3 – In2Se3 at 820 K has been built according to the X-ray analysis results of 100 samples. The system is characterized by the formation of the region of α-solid solutions with the chalcopyrite structure, S.G. I-42d. δ'-Solid solutions based on CuIn3Se5 and δ-solid solutions based on CuGa3Se5 are formed at 820 K. The first one have tetragonal structure and crystallize in S.G. I-42m with changing of the cell parameters from a = 0.57540(1) nm, c = 1.1520(2) nm for CuIn3Se5 to a = 0.56207(9) nm, c = 1.1286(6) nm for the composition 48 mol.% CuIn3Se5 – 52 mol.% CuGa3Se5. δ-Solid solutions crystallize in tetragonal system, S.G. I-42m. The cell parameters change from a = 0.55092(3) nm, c = 1.0973(2) nm for CuGa3Se5 to a = 0.56040(7) nm, c = 1.1179(9) nm for the composition 28 mol.% CuIn3Se5 – 72 mol.% CuGa3Se5. The mechanism of the formation of solid solutions, namely the substitution In3+ « Ga3+, was established. In addition to these solid solutions, the system is characterized by the formation of ε-solid solutions based on HTM Ga2Se3 with cubic structure, S.G. F-43m. The unit cell parameters vary from a = 0.5430(2) nm for Ga2Se3 to a = 0.5512(3) nm for the sample 4 mol.% Cu2Se – 83 mol.% Ga2Se3 – 13 mol.% In2Se3. There are also γ2 and γ1 phases, which areas of existence extend into the quasiternary system till 1-2 mol.% and streach along the Ga2Se3 – In2Se3 system (γ1 – up to 10 mol.% In2Se3, γ2 – up to 30 mol.% In2Se3). There are small regions of homogeneity based on HTM Cu2Se, CuIn5Se8, CuIn7Se11, CuIn11Se17, 1-HTM In2Se3. These one-phase regions are separated by two- and three-phase equilibria.The liquidus surface projection has been built based on the results of investigations of the quasi-binary CuInSe2 – Ga2In8Se15 system and 6 polythermal sections. The liquidus surface projection of the Cu2Se – Ga2Se3 – In2Se3 system consists of 11 fields of the primary crystallization: μ-solid solutions based on HTM-Cu2Se, Cu3InSe3 compound, α-solid solutions with the chalcopyrite structure, β-solid solutions based on HTM-CuInSe2, quaternary high-temperature γ-phase formed in the Cu2Se – Ga2Se3 system, δ-solid solutions based on CuGa3Se5, ε-solid solutions based on HТМ-Ga2Se3, γ1-phase based on the Ga0.4In1.6Se3 composition, compounds CuIn5Se8 and CuIn11Se17, and 3-HТМ In2Se3. These fields are separated by 21 monovariant curves and 22 nonvariant points which lie on the corresponding planes of nonvariant four-phase processes. There is one quasibinary section CuInSe2 – Ga2In8Se15 (γ1) in the system. The compounds CuGaSe2, CuGa3Se5, CuIn5Se8, CuIn11Se17 have a peritectic type of formation. The CuIn3Se5, CuIn7Se11, Ga6In4Se15 compounds have a solid-phase type of formation, therefore, they do not have areas of primary crystallization on the liquidus surface projection.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: