Transition metal-chalcogen systems,VII.: The iron-selenium phase diagram

The binary iron-selenium system was investigated by thermoanalytical and isopiestic methods and by X-ray analysis. Combining all results a temperature-concentration diagram was constructed from 20 to 66 at% Se and between 623 and 1,373 K. Two compounds and several NiAs-related structures could be identified. Tetragonal -FeSe with a narrow stability range between 49.0 and 49.4 at% Se at 653 K decomposes by a peritectoid reaction at 730 K. The NiAs-related structures Fe_1-x Se have a wide range of homogeneity from 51.5 to 58.5 at% Se at 823 K. The iron-rich hexagonal -phase extends, from 51.5 to 54.3 at% Se, and transforms to a high temperature modification of unknown structure with a maximum transformation temperature of 1,338 K at 52.8 at% Se. The congruent melting point of the -phase is located at 1,351 K and 52.0 at% Se. At 54 at% Se the -phase undergoes a -transformation to the monoclinic -phase which is stable between 54.3 and 54.6 at% Se. Between 54.6 and 56.4 at% Se two very similar monoclinic phases coexist: the -and the -phase with similara- andb-axes but a simplec- and a doublec-axis, resp. Between 56.4 and 58.5 at% Se the -phase is stable. Orthorhombic -FeSe₂ (marcasite structure) with a very narrow range of homogeneity at 66.6, at% Se decomposes peritectically at 858 K. On the iron-rich side there are three invariant equilibria at high temperatures: a monotectic at 1,234 K and 46.5 at% Se, a eutectic at 1,215 K and 5.5 at% Se, and a eutectoid at 1,149 K. On the selenium-rich side there is a eutectoid at 1,122 K, a monotectic at 1,068 K and 71.5 at% Se, and a peritectic at 1,001 K.

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Übergangsmetall-Chalcogen-Systeme, 7. Mitt.: Das Eisen-Selen-Phasen-Diagramm

Zusammenfassung Das Zweistoffsystem Eisen-Selen wurde thermisch, röntgenographisch und isopiestisch untersucht. Aus den Ergebnissen konnte dasT-x-Zustands-diagramm für den Bereich von 20 bis 66 At%Se und von 623 bis 1 373 K erstellt werden. Zwei Verbindungen und einige, NiAs-ähnliche Strukturen konnten identifiziert werden. Die tetragonale -Phase FeSe besitzt bei 653 K eine schmale Phasenbreite von 49,0 bis 49,4 At%Se und zerfällt peritektoidisch bei 730 K. Die NiAs-ähnlichen Strukturen Fe_1-x Se haben bei 823 K einen breiten Homogenitätsbereich von 51,5 bis 58,5 At%Se. Die eisenreiche hexagonale -Phase reicht von 51,5 bis 54,3 At%Se und wandelt sich bei 1 338 K und 52,8 At%Se in eine Hochtemperaturmodifikation mit unbekannter Struktur, die -Phase, um, deren kongruenter Schmelzpunkt bei 52,0 At%Se und 1 351 K liegt. Bei etwa 54 At%Se geht das hexagonale Gitter infolge einer -Umwandlung in die monokline -Phase über, welche von 54,3 bis 54,6 At%Se reicht. Zwischen 54,6 und 56,4 At%Se liegt ein Zweiphasengebiet von zwei sehr ähnlichen monoklinen Phasen: die -und die -Phase mit ähnlichena- undb-Parametern, aber einfacherc-bzw. doppelterc-Achse. Die monokline -Phase befindet sich zwischen 56,4 und 58,5 At%Se. Die orthorhombische -Phase FeSe₂ mit Markasitstruktur mit einem sehr engen Homogenitätsbereich bei 66,6 At%Se zerfällt peritektisch bei 858 K. An der eisenreichen Seite gibt es bei höheren Temperaturen drei invariante Gleichgewichte: ein Eutektikum bei 5,5 At%Se und 1 215 K, ein Monotektikum bei 46,5 At%Se und 1 234 K und ein Eutektoid bei 1 149 K. An der selenreichen Seite existiert bei 71,5 At%Se und 1 068 K ein Monotektikum, bei 1 122 K ein Eutektoid und bei 1 001 K ein Peritektikum.