CC BY
203
мелкозернистую структуру, средняя пористость его составляла около 10%, максимальный размер пор не превышал 50 мкм. В мишенях отсутствовали трещины и посторонние включения, т.е. их качество соответствовало предъявляемым требованиям.
Литература
1. Пат. № 2184164 Рос. Федерация, МПК7 С22 С1/04, С23 С14/34. Способ изготовления изделий из сплава на основе кремния / Кузьмич Ю.В., Фрейдин Б.М., Серба В.И. и др.; Институт химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН; ООО «РАМЕТ-М». № 2000117922/02; заявл. 10.07.2000; опубл. 27.06.2002, Бюл. № 18.
2. Самсонов Г.В. Силициды / Г.В. Самсонов, Л.А. Дворина, Б.М. Рудь. М.: Металлургия, 1979. 271 с.
3. Самсонов, Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения: справочник. М: Металлургия, 1976. 558 с.
Сведения об авторах Колесникова Ирина Григорьевна,
k. т.х. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, kolesig@chemy.kolasc.net.ru
Коротков Владимир Геннадьевич,
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия
Kolesnikova Irina Grigorievna,
PhD (Engineering), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, kolesig@chemy.kolasc.net.ru Korotkov Vladimir Gennadievich,
l. V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia
УДК 621762.24478-977:546.643723-31
ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОПОРОШКОВ ФЕРРИТА ИТТРИЯ СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА
И.Г. Колесникова, Я.А. Игнатович
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного Центра РАН, Апатиты, Россия
Аннотация
Нанопорошки Y3Fe5Oi2 получены соосаждением и последующей термообработкой гидроксидов иттрия и железа. Исследовано влияние температуры и времени термообработки на средний размер, морфологию и магнитные характеристики получаемых наночастиц. Показано, что при температурах 10000С и выше и времени термообработки не менее 4 ч структура порошков полностью окристаллизована. Установлено, что увеличение температуры термообработки приводит к росту намагниченности насыщения as, а максимальное значение as составляет 26.5 Ам2/кг.
Ключевые слова:
железо-иттриевый гранат, соосаждение, нанопорошки, намагниченность насыщения, коэрцитивная сила.
PERFORMANCE OF YTTRIUM FERRITE NANO-POWDERS WITH GARNET STRUCTURE
I.G. Kolesnikova, Ya.A. Ignatovich
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia
Abstract
Nano-size Y3Fe5Oi2 powders have been obtained by using co-precipitation and heat treatment of yttrium and iron hydroxides. The effect of temperature and time of heat treatment on the mean size, morphology and magnetic characteristics of resulting nano-particles has been investigated. The powder structure was found to completely crystallize at temperatures of 1000°С and upwards and time of not less than 4 hours. It has been established that temperature increase results in increasing of saturation intensity of as , the maximum as value being 26.5 Am2/kg.
Keywords:
iron-yttrium garnet, co-precipitation, nano-size powders, saturation intensity, coercive force.
147
Железо-иттриевый гранат Y3Fe50i2 (ЖИГ) широко применяется в микроволновых и магнитооптических устройствах [1, 2]. Проблема получения феррогранатов иттрия с необходимыми и хорошо воспроизводимыми свойствами связана с тем, что многие магнитные характеристики ферритов (коэрцитивная сила, намагниченность насыщения, магнитная проницаемость) зависят от структуры материала (однородности химического и фазового состава, а также морфологического строения синтезированных продуктов). Существующая на сегодняшний день керамическая технология изготовления ферритов ограничивает уровень параметров ферритовых приборов, работающих в СВЧ-диапазоне. Для разработки приборов с улучшенными параметрами необходимы СВЧ-ферриты с новым комплексом свойств, которые возможно получить из исходного сырья - ферритовых нанопорошков, синтезированных на основе современных нанотехнологий.
Нам представляется перспективным метод соосаждения аморфных гидроксидов металлов из растворов их солей с последующей термообработкой, который позволяет обеспечить высокую однородность химического и фазового состава, а также однородность морфологического строения синтезированных продуктов. Область получения нанопорошков феррогранатов является мало изученной.
Целью данной работы являлось исследование процесса получения феррита иттрия со структурой граната методом соосаждения и последующей термообработки гидроксидов железа и иттрия.
В качестве исходных материалов для изготовления нанопорошков ЖИГ использовали шестиводный нитрат иттрия Y(NO3)3x6H2O (х ч), девятиводный нитрат железа Fe(NO3)3x9H2O (х ч) и 25%-й раствор NH4OH (чда).
Для получения нанопорошков ЖИГ растворы нитратов иттрия и железа (0.5 М концентрации) смешивали, затем к полученному раствору медленно при перемешивании со скоростью 300 об/мин прибавляли 10%-й водный раствор аммиака в количестве, которое требуется для полного осаждения железа и иттрия. Полученный осадок промывали, фильтровали и сушили на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Высушенный осадок подвергали термообработке в муфельной печи при температурах в интервале от 750 до 1200оС с шагом 50оС в течение 1-4 ч.
Анализ дисперсности порошка ЖИГ осуществляли (с точностью +10%) с использованием рентгеноструктурного метода (по размеру области когерентного рассеяния - ОКР) [3-5] при использовании дифрактометра Shimadzu XRD-6000 (CuKa - излучение) по удельной поверхности и с применением электронномикроскопического метода. Удельную поверхность порошков определяли по низкотемпературной адсорбции -десорбции азота (метод БЭТ) на установке Flowsorb II 2300 (относительная погрешность измерений не превышала 7%). Электронно-микроскопические исследования проводили методом локального рентгеноспектрального анализа с помощью сканирующего электронного микроскопа LEO 1450 с энергодисперсионной приставкой ROENTEC. Магнитные характеристики порошков определяли магнитометрическим методом с использованием вибрационного магнитометра при комнатной температуре. Относительная погрешность при определении коэрцитивной силы и намагниченности насыщения составляла +2% и +5% соответственно.
Рентгенофазовый анализ порошков показал, что формирование кристаллической фазы ЖИГ начинается при температуре термообработки 7500С в течение одного часа (рис.1). С ростом температуры и увеличением времени термообработки происходит совершенствование структуры граната, а при температуре 1000оС и времени термообработки 4 ч структура полностью окристаллизована.
I, отн. ед.
Рис.1. Дифрактограммы продуктов термообработки: 1000оС, 4 ч (1); 750оС, 1 ч (2)
Нами проведены исследования зависимости размеров ОКР от температуры термообработки. Из рис.2 следует, что при увеличении температуры от 800 до 1200оС размер ОКР увеличивается примерно в четыре раза. Наиболее значительное увеличение размеров ОКР происходит при увеличении температуры термообработки
148
выше 10000С. Уровень микродеформаций решетки во всем интервале температур прокаливания невысокий и с ростом температуры он уменьшается.
При температурах термообработки выше 900оС размер частиц порошка, определенный по величине удельной поверхности, превышает размер ОКР. Невысокие значения удельной поверхности при таких температурах указывают на то, что частицы полученных порошков являются агрегатами первичных частиц (нанокристаллитов). Увеличение температуры термообработки приводит не только к росту размера кристаллитов, но и к образованию более крупных и плотных агрегатов. При температурах выше 1000оС происходит резкое увеличение размеров частиц (агрегатов) порошка.
со, D, нм 8 104
Рис. 2. Влияние температуры термообработки на:
1 - микродеформации кристаллической решетки е; 2 - средний размер частиц порошка а; 3 - средний размер ОКР, D
Как показывают данные, представленные на рис.3, при увеличении времени термообработки от 1 до 4 ч, средний размер ОКР увеличивается на 10-50%. Наиболее заметное влияние времени термообработки на размер ОКР происходит при температуре 800оС. С ростом температуры влияние продолжительности термообработки на средний размер ОКР уменьшается.
Из данных, представленных на рис. 4, видно, что увеличение температуры термообработки от 800 до 1000оС приводит к росту намагниченности насыщения as порошка от 21 до 26.2 Ам2/кг, дальнейшее увеличение температуры приводит к незначительному увеличению ст8, а максимальное значение ст8 в исследованных нами условиях термообработки составляет 26.5 Ам2/кг. Коэрцитивная сила нанопорошка ЖИГ при увеличении температуры термообработки от 800 до 1200оС уменьшается от 3 до 0.5 кА/м. Увеличение температуры термообработки выше 1000оС не представляется целесообразным, так как оно не приводит к существенному увеличению ст8, а размеры кристаллитов при этом увеличиваются весьма существенно.
D, нм
Рис.3. Средний размер ОКР в зависимости от времени термообработки при температурах: 1 - 1000; 2 - 900; 3 - 800оС
CTS, Ам2/кг, Нс, кА/м
Рис.4. Зависимость намагниченности насыщения as (1) и коэрцитивной силы Hc (2) ЖИГ от температуры термообработки
149
Таким образом, проведенные исследования показали, что формирование кристаллической фазы ЖИГ начинается при температуре термообработки гидроксидов железа и иттрия 7500С. При температурах 1000оС и выше и времени термообработки не менее 4 ч структура ЖИГ полностью окристаллизована. Экспериментально установлено, что при увеличении температуры термообработки от 800 до 1200оС размер ОКР увеличивается примерно в четыре раза. Уровень микродеформаций решетки во всем интервале температур термообработки невысокий и с ростом температуры он уменьшается. Определено, что термообработка гидроксидов при температурах выше 1000оС приводит к спеканию частиц порошка и значительному снижению удельной поверхности. Увеличение температуры термообработки приводит к росту намагниченности насыщения cts порошка, а максимальное значение cts составляет 26.5 Ам2/кг.
Литература
1. Левин Б.Е., Третьяков Ю.Д., Летюк Л.М. Физико-химические основы получения, свойства и применение ферритов. М.: Металлургия, 1979. 471 с.
2. Рандошкин А.Я., Червоненкис А.Я. Прикладная магнитооптика. М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.
3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физмалит, 2005. 416 с.
4. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков, А.Н. Иванов и др. М.: Металлургия, 1982. 631 с.
5. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: МИСИС, 2002. 328 с.
Сведения об авторах
Колесникова Ирина Григорьевна,
k. т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, koles ig@chemy.kolasc.net.ru
Игнатович Ярослав Александрович,
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия
Kolesnikova Irina Grigorievna,
PhD (Chemistry), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, koles ig@chemy.kolasc.net.ru Ignatovich Yaroslav Aleksandrovich,
l. V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia
УДК 669.27:621.762
ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПРЕКУРСОРА И УСЛОВИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА МАГНИЕТЕРМИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ВОЛЬФРАМА
В.Н. Колосов, М.Н. Мирошниченко, В.М. Орлов
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
Аннотация
Исследованы порошки вольфрама, полученные восстановлением WO3, MgWO4, CaWO4, и Ca3WO6 парами магния при температуре 700-800°С. При восстановлении WO3 и MgWO4 наблюдалось разделение продуктов реакционной массы, заключающееся в отложении основной массы MgO вне зоны реакции. Порошки, полученные из WO3, MgWO4, CaWO4, представляли собой a-W с ОЦК-решеткой, в то время как порошки, полученные из Ca3WO6 при температуре ниже 740°С, наряду a-W представлены метастабильной фазой в-W с кристаллической структурой А-15. Использование в качестве прекурсоров вольфраматов магния и кальция (MgWO4, CaWO4, Ca3WO6) позволило получить порошки вольфрама с удельной поверхностью до 20 м2 г-1. Порошки характеризуются мезопористой структурой.
Ключевые слова:
магниетермическое восстановление, вольфрам, порошок, удельная поверхность.
150
