CC BY
28
УДК 544.236.2 ББК 31.233
ПОЛУЧЕНИЕ ЧАСТИЧНО ЗАМЕЩЕННОГО ТИТАНОМ ГЕКСАФЕРРИТА БАРИЯ BAFE11TIO19 МЕТОДОМ ТВЕРДОФАЗНОГО СИНТЕЗА
СТАРИКОВА.Ю., ЧУНГАКОВД.Т., ПОНОМАРЕВД.А., ГАЛИМОВД.М., ВИННИКД.А.
ФГАОУВО "ЮУрГУ (НИУ)", Челябинск, Россия e-mail: starikov-andrey@mail.ru
Аннотация
В данной статье представлены результаты эксперимента по получению частично замещенного титаном гексаферрита бария - BaFenTiO^. Целью данного исследования является получение частично замещенного титаном гексаферрита бария состава BaFenTiO^, определение его структуры и свойств: проведение рентгенофазового анализа и определение точки Кюри - одной из основных характеристик ферромагнетиков.
Ключевые слова: гексаферрит бария, точка Кюри, замещенный титаном гексаферрит бария.
Актуальность. Гексаферрит бария -первое соединение, детально исследованное и получившее широкое применение. Возможно, по этой причине название "ферриты со структурой магнетоплюмбита" привилось и к другим соединениям, имеющим уже несколько отличную структуру.
В настоящее время известно много гексагональных ферритов и ферритов с изоморфными замещениями. Наиболее важные типы гексагональных ферритов представлены на рисунке 1. Эти ферриты имеют следующие составы:
M - BaFe12O19 или BaO □ 6Fe2O3 W - BaMe2Fe16O27 или BaO □ 2MeO □ 8Fe2O3 Y - Ba2Me2Fe12O22 или
2BaO □ 2MeO □ 6Fe2O3
Z - Ba3Me2Fe24O41 или
3BaO^2MeO^12Fe2O3
Кроме перечисленных выше
гексагональных соединений символом S обозначена структура шпинели, записанная в удвоенном виде - Me2Fe4O8 [2].
Исследование системы BaFe12O19 представляет большой интерес, поскольку замещение части ионов железа различными легирующими элементами, например, титаном или алюминием, позволяют изменять магнитные свойства матрицы, регулировать частотный диапазон ферромагнитного резонанса, а также варьировать значения диэлектрической проницаемости и магнитной восприимчивости [1, 3, 5, 6].
Рис. 1. Составы ферритов гексагональной структуры
Экспериментальная часть. В
экспериментальной работе была подготовлена смесь, содержащая BaCOз, Fe2Oз, TiO2. Мольное соотношение исходных веществ раствора: BaCOз - 17,0781 мол.%; Fe2Oз -76,0090 мол.%; ^2 - 6,9129 мол.%.
Рис. 2. Исследуемый образец BaFenTiO19 увеличении x3
при
Общая навеска весом 20 грамм была перетерта в яшмовой ступке, после чего засыпана в тигель. Смесь спекали 3 часа при температуре 1400oC. Спечённый порошок (рис. 2) исследовали на оптическом микроскопе Nikon SMZ 745T.
Дальнейшее исследование материала образца проводили на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM7001F с энергодисперсионным анализатором (Oxford Instruments). С помощью анализатора провели химический анализ, данные которого приведены в таблице.
Таблица
Химический состав спека . iaFenr riÜ19
Спектр O, ат.% Ti, ат.% Fe, ат.% Ba, ат.% x(Ti) x(Fe)
1 71,2 1,9 24,6 2,3 0,9 11,1
2 67,1 2,3 27,9 2,7 0,9 11,1
Среднее 69,2 2,1 26,2 2,5 0,9 11,1
2тета (град.)
Рис. 3. Рентгенограмма исследуемого образца
Для проведения рентгенофазового анализа полученный спек BaFenTiO19 перетирали в ступе. Равномерно распределили тонким слоем на кювете. Рентгенографическое исследование проводили с помощью дифрактометра Rigaku Ultima IV в диапазоне углов 2 тета от 15° до 90° в течение 80 минут. Полученная дифрактограмма приведена на рисунке 3. По горизонтальной оси отложены значения углов 2 тета, а по вертикальной оси -относительная интенсивность пиков излучения. Для гексаферрита бария можно заметить по совпадению пиков, что образец идентичен образцу BaFe12O19. Влияние титана, внедренного в решетку гексаферрита бария в такой малой концентрации, оказывает малое
влияние на кристаллические параметры материала, поэтому не удалось зарегистрировать при данных параметрах съемки рентгенограмм заметные отличия BaFenTiO19 от BaFe12O19.
Провели исследования образца (рис. 4) с помощью методов синхронного термического анализа (NETZSCH STA 449 F1) при нагреве и охлаждении со скоростью 10 К/мин. Значение температуры Кюри определили равным 331оС, что находили как среднее арифметическое температур пиков на кривых ДСК при нагреве и при охлаждении. При исследовании образца чистого гексаферрита бария температура Кюри составила 452оС, что практически совпадает с табличным значением (448 ± 6)°С
[4].
400 500 600
Температура (°С)
Рис. 4. Кривая ДСК образца BaFenTiO^
Температура ( С)
Рис. 5. Кривая ДСК образца BaFel2Ol9
Выводы. В ходе эксперимента, при нормальных условиях, был получен замещенный титаном гексаферрит бария BaFellTiOl9 методом твердофазного синтеза. Дальнейшим анализом был подтвержден химический состав в ат.%: O - 69.2%, ^ -2.1%, Fe - 26.2%, Ba - 2.5%. При рентгенографическом исследовании не удалось зарегистрировать заметные отличия рентгенограмм BaFellTiOl9 и BaFel2Ol9 друг от друга, что можно объяснить малой
концентрацией титана и незначительным отличием параметров кристаллической решетки. В результате исследования было установлено, что частично замещенный
титаном гексаферрит бария BaFellTiOl9 имеет температуру Кюри значительно ниже температуры Кюри чистого BaFel2Ol9.
Список литературы
1. Винник Д.А. Получение монокристаллов BaFe10,5Mn1,5O19 из раствора / Д.А. Винник, И. Захарчук, Э. Ляхдеранта // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. - 2016. - Т. 16. - №2. - С. 28-33.
2. ЛетюкЛ.М. Химия и технология ферритов. Учеб. Пособие для вузов. /Л.М. Летюк, Г.И. Журавлёв, - Л.: Химия, 1970 - 256 с.
3. Машковцева Л.С. Получение кристаллов феррита бария из раствора /Л.С. Машковцева, Д.А. Винник, Д.А. Жеребцов и др. //Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. - 2011. - №36 (253). - С. 4144.
4. Термические константы веществ. Справочник. Вып. 10. М., 1981.
5. Atuchin V. V. Flux crystal growth and the electronic structure of BaFe12O19 hexaferrite / V.V. Atuchin, D.A. Vinnik, T.A. Gavrilova et al. // Journal of physical chemistry C. - 2016. - Vol. 120. - №9. - P. 5114-5123.
6. Vinnik D.A. Structural and millimeter-wave characterization of flux grown Al substituted barium hexaferrite single crystals / D.A. Vinnik, D.A. Zherebtsov, S.A. Gudkova et al. // Ceramics International. - 2015. - Vol. 41. - №10. - P. 12728-12733.
PREPARATION OF BAFE11TIO19 PARTIALLY SUBSTITUTED BY TITANIUM HEXAFERRITE OF BARIUM BY THE METHOD OF SOLID-PHASE SYNTHESIS *
STARIKOV A.Yu, CHUNGAKOV D.T., PONOMAREV D.A., GALIMOV D.M., VINNIK D.A. FGAOU VO "SUSU (NIU)", Chelyabinsk, Russia e-mail: starikov-andrey@mail.ru
Abstract
In this paper, the results of an experiment for the production of partially substituted by barium titanium hexaferrite BaFe11TiO19 are presented. The purpose of this study is to obtain a partially substituted titanium hexaferrite of barium composition BaFe11TiO19, determine its structure and properties: conduct X-ray phase analysis and determine the Curie point - one of the main characteristics of ferromagnets.
Keywords: Barium hexaferrite, Curie point, barium-substituted hexaferrite of titanium.
* Статья выполнена при поддержке правительства РФ (постановление №211 от 16.03.2013 г.), соглашение №02.A03.21.0011
