Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
INTERMETÁLICOS Zr-Hf-Sn y Zr-Ti-Sn EN ESTRUCTURA HEXAGONAL TIPO Mn5Si3
– COMPARACIÓN DE PROPIEDADES DETERMINADAS EXPERIMENTALMENTE
CON LAS CALCULADAS POR MÉTODOS DE PRIMEROS PRINCIPIOS
L.M. Gribaudo (1),(2),(3) , J.I. Melo (3), (4),(5) , A.M. Monti (2) , R. Weht (2),(3),(5)
(1) Departamento Materiales – CNEA
(2) Instituto Sabato – Universidad Nacional de San Martín/ CNEA
(3) Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)
(4) Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires
(5) Gerencia de Investigación y Aplicaciones – CNEA
Centro Atómico Constituyentes – Comisión Nacional de Energía Atómica
Avda. Gral Paz 1499, San Martín, C.P. B1650KNA, Pcia. de Buenos Aires, Argentina
E-mail (autor de contacto): monti@cnea.gov.ar
RESUMEN
Los intermetálicos con composición general M5N3 pueden encontrarse en tres estructuras cristalinas
diferentes: tetragonales tipo Cr5B3 o W5Si3 y hexagonal tipo Mn5Si3 (por ejemplo Zr5Sn3, Hf5Sn3, Ti5Sn3). A
las hexagonales se las denomina comúnmente fases tipo Nowotny, y en la mayoría de los casos M es un
metal de transición. En varios sistemas ternarios, en donde en los compuestos binarios límites se forman
fases tipo Nowotny, los intermetálicos terminales presentan solubilidad total y la estequiometría
correspondiente es (MxP(1−x))5N3.
El presente trabajo tiene como objetivo estudiar las relaciones entre la constitución y la estabilidad
estructural de los compuestos (ZrxHf(1−x))5Sn3 y (ZrxTi(1−x))5Sn3. Desde el punto de vista experimental se
utilizan parámetros de red previamente medidos. Desde el punto de vista del cálculo, se estudian los
parámetros estructurales y la energía de formación del compuesto intermetálico para diferentes relaciones
de los metales de transición IVB. Para ello se utilizan métodos de primeros principios, basados en la teoría
de la funcional de la densidad, optimizando todos los parámetros internos en cada caso. Los parámetros de
red determinados para las estructuras estables se comparan con los valores experimentales medidos.
Palabras clave: intermetálicos, modelización, Zr-Hf-Sn, Zr-Ti-Sn.
1. INTRODUCCIÓN
Los compuestos intermetálicos ofrecen propiedades tecnológicas atractivas, con potenciales aplicaciones
como materiales estructurales en condiciones ambientales exigidas. En muchos casos es posible mejorar una
determinada propiedad del compuesto para propósitos ingenieriles, como por ejemplo la ductilidad, mediante
la sustitución de un elemento o el agregado de un elemento intersticial a la red cristalina.
Los intermetálicos con composición general M5N3 pueden encontrarse en tres estructuras cristalinas
diferentes: tetragonales tipo Cr5B3 o W5Si3 y hexagonal tipo Mn5Si3, tales como los compuestos Zr5Sn3,
Hf5Sn3 y Ti5Sn3 que se estudian en el presente trabajo. A las hexagonales se las denomina comúnmente fases
tipo Nowotny [1], y en la mayoría de los casos M es un metal de transición. En varios sistemas ternarios, en
donde en los compuestos binarios límites se forman fases tipo Nowotny, los intermetálicos terminales
presentan solubilidad total y la estequiometría correspondiente es (MxP(1−x))5N3. Ejemplos de estos sistemas
son, entre otros, el Zr-Hf-Sn, el Zr-Ti-Sn, el Zr-Ti-Pb y el Ti-Tb-Si.
Los intermetálicos aquí estudiados tienen símbolo de Pearson hP16, pertenecen al grupo espacial P63/mcm y
su número de grupo espacial es 193. La celda unitaria del compuesto tipo Mn5Si3 contiene 16 átomos
(M10N6) distribuidos del siguiente modo: un átomo de Mn con multiplicidad Wyckoff 4d y coordenadas
(x = 1/3, y = 2/3, z = 0), un átomo de Mn con multiplicidad Wyckoff 6g y coordenadas (x = 0.2358,
y = 0, z = 1/4) y un átomo de Si con multiplicidad Wyckoff 6g y coordenadas (x=0.5992, y=0, z=1/4).
La Figura 1 esquematiza la celda unitaria correspondiente [2,3].
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