Fazy Lavesa

Komórka elementarna fazy Lavesa typu C36. Atomy A zaznaczono na niebiesko.

Fazy Lavesa (stopy Lavesa) – grupa związków międzymetalicznych o ogólnym wzorze AB₂. Nazwa materiałów pochodzi od nazwiska niemieckiego krystalografa i mineraloga Fritza Lavesa (1906–1978). Można wyróżnić trzy grupy faz Lavesa^[1]:

regularna faza Lavesa C15, np. MgCu₂, (grupa przestrzenna Fd3m, nr 227),
heksagonalna faza Lavesa C14, np. MgZn₂, (grupa przestrzenna P6₃/mmc, nr 194),
heksagonalna faza Lavesa C36, np. MgNi₂, (grupa przestrzenna P6₃/mmc, nr 194).

Wszystkie trzy struktury łączy sposób rozmieszczenia atomów A w przestrzeni. Można przyjąć, że w każdym wypadku atomy A tworzą stos heksagonalnych płaszczyzn przesuniętych względem siebie. W strukturze C14 sekwencja tych płaszczyzn wygląda następująco: XYXY, w strukturze C15: XYZXYZ, w strukturze C36: XYXZXY^[1]. Około 60% związków AB₂ krystalizuje w strukturze C15, ~35% w C14, a ~3% w C36^[1]. Idealny stosunek promieni atomowych pierwiastków A i B, r_A/ r_B, fazy Lavesa wynosi 1,225, czyli atom A jest większy o 22,5% od atomu B. W rzeczywistości wartość stosunku promieni waha się od 1,05 do 1,68^[1].

Struktury C14 i C36 mają tę samą grupę przestrzenną (P6₃/mmc, nr 194). Różnia między tymi strukturami wynika z innego ułożenia atomów A i B w przestrzeni. W strukturze C14 atomy A (np. Mg) zajmują tylko jedną pozycję 4f, a atomy B (np. Zn) znajdują się na dwóch pozycjach 6h i 2a. Natomias w strukturze C36 atomy A (np. Mg) rozmieszczone są na dwóch pozycjach 4f i 3e, a atomy B (np. Zn) na trzech pozycjach 4f, 6h, i 6g^[2].

Właściwości fizyczne

Cechą wspólną wszystkich faz Lavesa jest ich struktura krystaliczna. W zależności od składu chemicznego i rodzaju fazy, można obserwować takie zjawiska i efekty jak:

wysoka absorpcja wodoru, np. na bazie cyrkonu ZrT₂ (gdzie T - atom metalu) lub na bazie ziem rzadkich RT₂, atomy wodoru (lub innego pierwiastka o małym promieniu) mogą lokować się w lukach międzywęzłowych^[3],
ferromagnetyzm (np. GdCo₂, TbFe₂^[4]),
antyferromagnetyzm (np. TbMn₂^[4]),
nadprzewodnictwo (np. CeRh₂^[5], ZrZn₂^[6]),
duży efekt magnetokaloryczny, głównie w niskich temperaturach T < 200 K (np. ErCo₂^[7]),

Fazy Lavesa jako dodatek do stali zmniejsza jej twardość i plastyczność^[8].

Przykłady faz Lavesa

Do faz Lavesa zalicza się ponad 1000 różnych związków^[1], np.:

ScCo₂, ZrCo₂, HfCo₂, YCo₂, LuCo₂, UCo₂
LaRu₂, CeRu₂
YAl₂, CaAl₂, LaAl₂, LuAl₂,
CeNi₂
MgZn₂
CaMg₂
MgCu₂
LaPt₂

Przypisy

↑ ^a ^b ^c ^d ^e Gschneidner, Jr., Karl A., Pecharsky, Vitalij K.. Binary rare earth Laves phases - an overview. „Zeitschrift für Kristallographie”. 221 (5-7), s. 375-381, 2006. DOI: 10.1524/zkri.2006.221.5-7.375. (ang.).
↑ OliverO. Janka OliverO., 4.06 - Intermetallic materials, Oxford: Elsevier, s. 172–216, DOI: 10.1016/b978-0-12-823144-9.00092-3, ISBN 978-0-12-823153-1 (ang.).
↑ H. Figiel, A. Paja. Wodór w związkach międzymetalicznych typu faz Lavesa ziem rzadkich z manganem. "Przemysł Chemiczny". 84, s. 863, 2005.
↑ ^a ^b Tian Gao, Ningning Qi, Yufeng Zhang, Tao Zhou. Magnetic properties and large magnetocaloric effect in Laves phase metallic compound. „Journal of Physics: Conference Series”. 568 (4), s. 042006, 2014. DOI: 10.1088/1742-6596/568/4/042006.
↑ Superconducting Materials. Springer Verlag, 2012.
↑ Yelland, E. A., Hayden, S. M., Yates, S. J. C., Pfleiderer, C. i inni. Superconductivity induced by spark erosion in ZrZn₂. „Physical Review B”. 72 (21), s. 214523-, 2005. DOI: 10.1103/PhysRevB.72.214523.
↑ Singh, Niraj K., Suresh, K.G., Nigam, A.K., Malik, S.K. i inni. Itinerant electron metamagnetism and magnetocaloric effect in RCo₂-based Laves phase compounds. „Journal of Magnetism and Magnetic Materials”. 317 (1–2), s. 68-79, 2007. DOI: 10.1016/j.jmmm.2007.04.009.
↑ John J. Schirra, Robert H. Caless, Robert W. Hatala: The effect of Laves phase on the mechanical properties of wrought and cast + HIP Inconel 718. W: Superalloys 718, 625 and Various Derivatives. Edward A. Loria (red.). The Minerals, Metals & Materials Society, 1991, s. 375–388.