Изучение влияния замещения алюминием на электрические свойства гексаферрита бария Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

УДК 542.06+542.86 ББК 24.5

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАМЕЩЕНИЯ АЛЮМИНИЕМ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА ГЕКСАФЕРРИТА БАРИЯ

СТАРИКОВ А.Ю., ШЕРСТЮКД.П., САНДЕР Е.Е., ЖИВУЛИНВ.Е., ВИННИКД.А. ФГАОУВО ЮУрГУ (НИУ), Челябинск, Россия e-mail: starikov-andrey@mail.ru

Аннотация

В результате твердофазного синтеза гексаферрита бария, частично замещенного алюминием BaFe12-xAlxO19, было проведено исследование его свойств с целью выявления зависимости электросопротивления образцов от степени замещения алюминием.

Проведено рентгенографическое исследование образцов с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL (JSM7001F), оснащенного энергодисперсионным рентгенфлуоресцентным анализатором INCA X-max 80 (Oxford Instruments), которое выявило равномерное распределение ионов железа и алюминия.

Проведена серия предварительных экспериментов по изучению влияния замещения железа алюминием в кристаллической решетке гексаферрита бария. При степени замещения от 0 до 2,25 установлено, что при увеличении степени замещения алюминием от 0 до 0,75 начинает плавно возрастать удельное электросопротивление, однако, после этого наблюдается резкий скачок при степени замещения 1,0 с ростом до 1,75 и последующим снижением удельного электросопротивления при степени замещения 2,0.

Ключевые слова: феррит бария, замещение алюминием, магнитные материалы.

Актуальность. В гексагональных ферритах в силу значительной анизотропии их свойств можно проследить за процессами упорядочения катионов и дефектов и связанных с ними изменениями магнитных параметров. Дело в том, что упорядочение как катионов, так и дефектов скажется на параметрах суперобменных взаимодействий, особую роль в которых играют ионы Fe3+. Наличие слабомагнитных или диамагнитных ионов легирующих добавок обеспечивает

специфические свойства гексагональных ферритов их практическое использование [2, 3].

Чтобы получить прочные магнитные элементы, используемые в производстве, ферритовые порошки прессуют и подвергают спеканию. Образующиеся в результате этих процессов образцы характеризуются определенной плотностью, формой, размером кристаллитов, распределением пор,

определенным способом распределении примесей и микрокомпонентов. Совокупность этих свойств составляет керамическую структуру материала, которая тесно связана с магнитными, электрическими и механическими свойствами.

Среди ферритов, гексагональные (гексаферриты) долгое время применялись в качестве постоянных магнитов и представляли интерес для микроволновых применений: электронных компонентов для мобильных или беспроводных коммуникаций

микроволновых/ГГц частот, поглощателей электромагнитных волн, радиопоглощающих материалах и "стелс" технологиях в качестве композиционных материалов. В последние годы область применения радиопоглощающих материалов (РПМ) существенно расширилась. Наряду с традиционными направлениями появилось направление, связаннее с экологической безопасностью и защитой человека от воздействия электромагнитных полей. Развитие этих направлений определило новые требования к характеристикам РПМ в части диапазонов рабочих частот. Одним из путей выполнения этих требований является разработка новых и модификация известных композиционных РПМ на основе магнито-мягких ферритов [4-8].

Экспериментальная часть. Частично замещенный титаном гексаферрит бария BaFel2-xAlxOl9 был получен методом твердофазного

синтеза из шихты, содержащей Fe2Ü3, ВаСОз, AI2O3.

Таблица 1

Химический состав замещенного алюминием гексаферрита бария_

№ x(Al) Хим. состав, ат. %

О Fe Ва Al

1 0 59,07 37,54 3,23 -

2 0,25 58,33 37,48 3,28 0,92

3 0,5 62,14 33,70 3,08 1,08

4 0,75 59,44 35,76 3,24 1,56

5 1,0 58,85 35,90 3,35 1,90

6 1,25 58,55 35,41 3,33 2,71

7 1,5 58,42 35,14 3,39 3,05

8 1,75 59,09 34,08 3,32 3,51

9 2,0 59,25 33,49 3,39 3,90

10 2,25 59,64 32,45 3,3 4,61

Измерения сопротивления проводили с использованием мультиметра (напряжение 3В). Полученные измерения приведены в таблице 2.

Таблица 2

Электросопротивление образцов частично замещенного алюминием гексаферрита бария

№ x(Al) R, МОм h, мм p, кОм • м

1 0 2,61 11,7 0,158

2 0,25 3,52 11,4 0,218

3 0,5 4,43 11,2 0,279

4 0,75 8,52 14,0 0,430

5 1,0 37,8 12,7 2,103

6 1,25 54,5 15,3 2,517

7 1,5 55,5 13,2 2,971

8 1,75 65,6 14,9 3,110

9 2,0 11,5 15,9 0,511

10 2,25 10,2 21,2 0,340

|—-— BaFe^Al.O,,!

3,0 -2.52,0 -

р, кОм*м

1,5 -1,0 -0,5 -

0,0 4-.-1-.-1-.-1-.-1-.-1-.-1-.-1-.-1-.-г

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25

*(А1)

Рис. График зависимости удельного сопротивления образцов от степени замещения x(Al)

Шихту перетирали, а затем смесь компактировали в таблетки. После, полученные образцы спекали при помощи трубчатой печи с карбидкремниевыми нагревателями. При температуре 1500°С, в течение 3 часов [1]. Далее было проведено исследование химического состава образцов при помощи сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM7001F, оснащенного энергодисперсионным

рентгенфлуоресцентным анализатором INCA X-max 80 (Oxford Instruments). Химический состав полученных образцов указан в таблице 1.

Выводы. Проведена серия предварительных экспериментов по изучению влияния замещения железа алюминием в кристаллической решетке гексаферрита бария. При x(Al) от 0 до 2,25 установлено, что при увеличении степени замещения алюминием от 0 до 0,75 начинает плавно возрастать удельное

электросопротивление, однако, после этого наблюдается резкий скачок при степени замещения 1,0 с ростом до 1,75 и последующим снижением удельного электросопротивления при степени замещения 2,0.

Список литературы

1. Винник Д.А. Твердофазный синтез частично замещенного титаном гексаферрита бария BaFei2-xTixOi9/ДА. Винник, Д.С. Клыгач, А.С. Чернуха и др. //ВестникЮУрГУ. Серия "Металлургия". - 2017. - Т. 17, № 3. - С. 28-33.

2. Костишин В.Г. О механизме формирования гексагонального феррита BaFe12-xAlxO19 / В.Г. Костишин, В.В. Коровушкин, Д.Н. Читаное и др. // Инженерный вестник Дона. - 2015. - №3 (37). - С. 196.

3. Третьяков Ю.Д. Физико-химические основы термической обработки ферритов / Ю.Д. Третьяков, Н.Н. Олейников, В.А. Граник. - Издательство Московского университета, 1973. - 201 с.

4. Ott G. Recent developments of Mn-Zn ferrites for high permeability applications / G. Ott, J. Wrba, R. Lucke // J. Magn. Magn. Mater. - 2003. - V. 254-255. - P. 535-537. DOI: 10.1016/S0304-8853(02)00961-7

5. Pardavi-Horvath M. Microwave applications of soft ferrites / M. Pardavi-Horvath // J. Magn. Magn. Mater. - 2000. - V. 215216. - P. 171-183. DOI: 10.1016/S0304-8853(00)00106-2

6. Scloemann E. Advances in ferrite microwave materials and devices / E. Scloemann // J. Magn. Magn. Mater. - 2000. - vol. 209, is. 1-3. - P. 15-20. DOI: 10.1016/S0304-8853(99)00635-6

7. Xu P. Synthesis and Magnetic Properties of BaFe 12019 Hexaferrite Nanoparticles by a Reverse Microemulsion Technique / P. Xu, X.J. Han, M.J. Wang //J. Phys. Chem. C. - 2007. - V. 111, is. 16. - P. 5866-5870. DOI: 10.1021/jp068955c

8. Zhang B. Microwave-absorbing properties of De-aggregated flake-shaped carbonyl-iron particle composites at 2-18 GHz / B. Zhang, Y. Feng, J. Xiong, L. Huaixian // IEEE Transactions on Magnetics. - 2006. - 42 № 7. - P. 1778-1781. DOI: 10.1109/TMA G.2006.874188

STUDY OF THE EFFECT OF Al-SUBSTITUTION ON PROPERTIES OF BARIUM

HEXAFERRITE

STARIKOVA.Yu., SHERSTYUKD.P., SANDERE.E., ZHIVULIN V.E., VINNIKD.A. FSAEIHE SUSU (NRU), Chelyabinsk, Russia e-mail: starikov-andrey@mail.ru

Abstract

As a result of solid-phase synthesis of barium hexaferrite, partially substituted by aluminum BaFe12-xAlxO19, a study was conducted of its properties in order to identify the dependence of the electrical resistance of the samples on the degree of substitution by aluminum.

X-ray examination of the samples was carried out using a JEOL scanning electron microscope (JSM7001F) equipped with an INCA X-max 80 energy dispersive X-max 80 analyzer (Oxford Instruments), which revealed a uniform distribution of iron and aluminum ions.

A series of preliminary experiments was carried out to study the effect of the substitution of iron by aluminum in the crystal lattice of barium hexaferrite. At the degree of substitution from 0 to 2.25, it was established that with an increase in the degree of substitution by aluminum from 0 to 0.75, the electrical resistivity gradually increases, however, after that a sharp jump is observed at a degree of substitution of 1.0 with an increase to 1.75 and a subsequent decrease in electrical resistivity with a degree of substitution of 2.0.

Keywords: barium ferrite, aluminum substitution, magnetic materials.