Силицид лантана

Дисилицид лантана (силицид лантана, LaSi₂, CAS 12056-90-5) — бинарное интерметаллическое соединение лантана и кремния, относящееся к классу тугоплавких силицидов редкоземельных металлов. Выпускается в виде серого кристаллического порошка с металлическим блеском.

Химический состав и нормируемые показатели

Стехиометрическая формула LaSi₂ соответствует молярной массе 195,07 г/моль. Расчётное массовое содержание компонентов: La — 71,2 %, Si — 28,8 %. В технических порошках допускается отклонение от стехиометрии: содержание лантана — 65–71 %, кремния — 27–30 %; нерастворимый в смеси кислот (HNO₃ + H₂SO₄ + HF) остаток — не более 0,5 %.

Параметр	Значение
Химическая формула	LaSi₂
CAS	12056-90-5
Молярная масса	195,07 г/моль
La, % масс. (тех.)	65–71
Si, % масс. (тех.)	27–30
Нерастворимый остаток, % масс., не более	0,5
Внешний вид	Серые кристаллы с металлическим блеском

Кристаллическая структура и полиморфизм

LaSi₂ существует в двух полиморфных модификациях с близкими, но различимыми структурами:

Модификация	Структурный тип	Сингония	Условия образования
LaSi₂-α2 (низкотемпературная)	α-ThSi₂, пр. гр. I4₁/amd	Тетрагональная	Перитектика при ~1600 °C
LaSi₂-α1 (высокотемпературная)	α-GdSi₂	Ромбическая	Конгруэнтное плавление при 1730 °C

Двухфазная область LaSi₂-α1 + LaSi₂-α2 крайне узка. В промышленных порошках оба полиморфа, как правило, сосуществуют. Структура относится к металлическим фазам Зинтля: атомы кремния образуют трёхмерную сетку, каждый атом лантана окружён двенадцатью атомами Si с расстоянием La–Si 3,15–3,30 Å.

Физические и электрические свойства

Свойство	Значение
Плотность при 25 °C	5,0–5,05 г/см³
Температура плавления	~1600–1730 °C (зависит от полиморфа)
Удельное сопротивление (тетрагональная фаза, 25 °C)	~24 мкОм·см
Удельное сопротивление (ромбическая фаза, 25 °C)	~57 мкОм·см
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) до ~500 °C	Положительный (металлический тип)
ТКС выше ~500 °C	Отрицательный

Дисилицид лантана является металлическим проводником при всех рабочих температурах. Ранние сообщения о полупроводниковых свойствах LaSi₂ экспериментально опровергнуты: обе фазы демонстрируют классическое металлическое поведение. Отрицательный ТКС выше ~500 °C обусловлен спецификой электронной структуры Zintl-фазы, а не наличием запрещённой зоны. При проектировании резистивных нагревателей и датчиков этот переход ТКС необходимо учитывать.

Химическая стойкость

LaSi₂ легко взаимодействует с соляной и плавиковой кислотами. Устойчив к воздействию водорода в широком диапазоне условий: при температурах до 500 °C и давлении до 5 МПа реакция с H₂ не протекает — это важно для применения в водородсодержащих средах. Стойкость к окислению при высоких температурах определяется образованием поверхностных оксидных слоёв.

Получение дисилицида лантана

Основной промышленный способ — силикотермическое восстановление оксида лантана La₂O₃ кремнием при высокой температуре. Реакция протекает в несколько стадий с изменением температуры и давления; продукт с содержанием La ≈ 71 % и Si ≈ 29 % соответствует стехиометрии дисилицида. В лабораторной практике используют дуговую плавку стехиометрических смесей исходных элементов в инертной атмосфере.

Применение силицида лантана LaSi₂

Высокотемпературные нагревательные и резистивные элементы

Металлический тип проводимости в сочетании с температурой плавления выше 1600 °C делает LaSi₂ пригодным для изготовления резистивных нагревателей, работающих в диапазоне высоких температур, и высокотемпературных датчиков сопротивления. Смена знака ТКС около 500 °C — характеристика, которую учитывают при калибровке и схемотехническом оформлении измерительных цепей.

Жаростойкие керамические материалы и покрытия

LaSi₂ вводят в состав высокотемпературных керамических матриц и защитных покрытий для деталей, эксплуатируемых в окислительных или инертных атмосферах при повышенных температурах. Высокая температура плавления и термическая стабильность обеспечивают работоспособность таких материалов в условиях, где большинство обычных металлических компонентов деградирует.

Анодные материалы литий-ионных аккумуляторов

Композит LaSi₂/Si применяется в качестве анодного материала литий-ионных аккумуляторов. Упругая матрица дисилицида лантана компенсирует объёмные деформации кремния при зарядно-разрядных циклах и предотвращает разрушение электрода. В сравнении с чистым Si-анодом такой композит обеспечивает существенно лучший ресурс при сохранении высокой удельной ёмкости.

Форма поставки

Дисилицид лантана поставляется в виде порошка. Гранулометрический состав согласовывается индивидуально. Упаковка — герметичная тара; материал следует беречь от влаги и хранить в сухом помещении. При обращении с порошком необходима защита органов дыхания и кожных покровов.

Из аналогичных тугоплавких соединений лантана также поставляем карбид лантана; из силицидов других металлов — силицид бария.