CC BY
24УДК 541.124+546.431
Л. А. Башкиров, доктор химических наук, профессор (БГТУ);
Л. И. Красовская, доктор технических наук, професор (БГТУ);
И. А. Великанова, кандидат химических наук, старший преподаватель (БГТУ);
Д. Д. Полыко, инженер (БарГУ)
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ФЕРРИТОВ СИСТЕМЫ Sr1-xLaxFe12-xCuxO19
Керамическим методом получены образцы ферритов Sr1-xLaxFe12-xCux019 (x = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5). Их состав и структура исследованы методами ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа. Определена зависимость параметров кристаллической ячейки a и c от величины х. Изучено влияние степени замещения ионов железа ионами Си2+ и La3+ на микроструктуру и магнитные свойства феррита стронция. Также определены магнитные свойства изотропных постоянных магнитов, изготовленных из La-Cu-замещенных гексаферритов стронция.
The samples of Sr1-xLaxFe12-xCux019 (x = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5) ferrites were prepared by ceramic method. Their composition and structure were investigated by IR-spectroscopy and X-ray analysis. The dependence of unit cell parameters a and c upon x had been determined. The effects of La-Cu substitution on the microstructure and magnetic properties of Sr-ferrites were studied. Magnetic properties of isotropic constant magnets, which were prepared from La-Cu substituted strontium hexaferrites, were determinate too.
Введение. Начиная с открытия в 50-х годах прошлого века и вплоть до настоящего времени гексаферриты бария ВаРе12О19 и стронция 8гРе12О19, интенсивно исследуются как высококоэрцитивные магнитные материалы, из которых изготавливают дешевые постоянные магниты и запоминающие устройства с высокой плотностью записи, и которые используются в различных устройствах техники СВЧ.
Известно, что намагниченность насыщения пВ одной формульной единицы ферритов ВаРе12О19 и ^гРе12О19 в магнетонах Бора равна 20 цВ и определяется разницей магнитных моментов двух антиферромагнитно ориентированных подрешеток В и А, в которых расположены соответственно 8 и 4 иона Ре3+, магнитный момент которых равен 5 цВ (пВ = (8 - 4) х х 5 = 20 цВ). В подрешетке В семь ионов Ре3+ находятся в октаэдрических позициях 12к, 2а и один ион Ре3+ окружен пятью ионами кислорода (позиция 2Ь). В подрешетке А два иона Ре3+ находятся в тетраэдрических и два иона в октаэдрических позициях 4/1 и 4/2. Замещением ионов Ре3+ в различных позициях другими подходящими ионами можно воздействовать на магнитные свойства ферритов с целью их улучшения.
К настоящему времени традиционными керамическими методами и золь-гель методом синтезированы и изучены 8г-ферриты с замещениями ионами Ьа3+-Со2+, Ьа3+-2и2+, а также №3+-2и2+, Ш3+-Со2+, Рг3+-2и2+, Рг3+-Со2+. Установлено, что частичное замещение в гексаферрите стронция 8гРе12О19 ионов 8г2+ ионами Ьа3+ и ионов Ре3+ ионами Со2+ помогает достижению высоких магнитных свойств постоянных магнитов [1].
Ионы Си2+ имеют ионный радиус, близкий к ионному радиусу Со2+, и такую же способность к замещению, поэтому возникает интерес к возможности практического использования меди, более дешевой по сравнению с кобальтом, для получения гексагональных ферритов, соответствующих составам 8г1-хЬахРе12-хСихО19, пригодных для изготовления постоянных магнитов с высокими магнитными свойствами.
В данной работе керамическим методом проведен синтез образцов гексаферритов 8г1-хЬахРе12-хСихО19 (х = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5), исследованы их кристаллоструктурные и магнитные свойства. Авторами [1] получение гексаферритов 8г1-хЬахРе12-хСихО19 проводилось методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, позволяющим получать образцы с размерами частиц менее 1 мкм. Это свидетельствует об актуальности изучения указанных материалов, а также позволяет сопоставить особенности свойств образцов, полученных различными методами.
Методика эксперимента. Образцы ферритов 8г1_хЬахРе12-хСихО19 (х = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5) синтезировали твердофазным методом из оксидов лантана (Ьа2О3), железа (Ре2О3), меди (СиО), карбоната стронция (8гСО3) по керамической технологии. Все реактивы имели квалификацию ч.д.а. Оксид лантана перед взвешиванием прокаливали для удаления воды при 1273 К в течение 3 ч. Перемешивание и помол исходных соединений, взятых в необходимом молярном соотношении, проводили в планетарной мельнице с добавлением этанола. Полученную шихту (с добавлением этанола) прессовали под давлением 50-75 МПа в таблетки диаметром
19 мм и высотой 5-7 мм, которые затем сушили на воздухе при 373 К и обжигали на подложках из оксида алюминия при температуре 1473 К на воздухе в течение 8 ч.
Рентгеновские дифрактограммы образцов ферритов получены на дифрактометре Bruker D8 (излучение CuKa) при комнатной температуре. Параметры элементарной ячейки а, с гексагональной структуры магнетоплюмбита рассчитывали с помощью полнопрофильного анализа по методу Ритвельда (вычислительная программа FullProf). Инфракрасные спектры синтезированных образцов в интервале частот 300-1500 см-1 записывались в табле-тированных смесях с КВг (х.ч.) на приборе Thermo Nicolet. Масса ферритов в таблетке составляла 0,001 г.
Для изучения микроструктуры твердых растворов ферритов Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 и изотропных магнитов, изготовленных из них, использовали снимки образцов на сканирующем электронном микроскопе JSM-5610 LV (с увеличением в 100, 500, 1000, 2000, 5000 раз).
Проведено определение магнитных характеристик твердых растворов ферритов Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 (x = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5) и изотропных постоянных магнитов, изготовленных из синтезированных ферритов. Намаг-
ниченность насыщения (о,, n,) и параметры петли гистерезиса (ог, оНс) намагниченности образцов ферритов измеряли вибрационным методом на универсальной высокополевой измерительной системе (Cryogenic Lid London, 41S) при температурах 6 и 308 К в магнитных полях до 14 Тл. Остаточную индукцию (Br), коэрцитивную силу (tffc) и энергетическое произведение ((BH)max) образцов изотропных постоянных магнитов определяли индукционным методом на установке УИ-200-М. Образцы магнитов имели форму цилиндров диаметром ~10 мм и длиной ~10 мм.
Экспериментальные результаты исследования гексаферритов и их обсуждение. Во всех полученных образцах ферритов Sr1_xLaxFe12_xCuxO19, как показывают рентгенограммы (рис. 1), присутствует только магнето-плюмбитная фаза (SrM), то есть ионы Cu2+, La3+ входят в магнетоплюмбитную решетку и никакие другие кристаллические структуры, их содержащие, не образуются. Вместе с тем, в образцах ферритов со степенями замещения х, равными 0,2 и 0,3 (рис. 1, кривые 3 и 4), интенсивности пиков (008) и (107) отличаются от литературных данных для стронциевого феррита SrFe12O19 и полученных данных для образца с х = 0 (рис. 1, кривая 1).
о
.„JJIi/X
„rfViA**
I t^iHfcii
20
30
40
50 26, град
60
70
80
Рис. 1. Рентгенограммы образцов Sr1-xLaxFe12_xCuxO19 со степенями замещения х: 1 - 0; 2 - 0,1; 3 - 0,2; 4 - 0,3; 5 - 0,4; 6 - 0,5
1
Это может быть связано со степенью тек-стурирования образцов, то есть ориентированного расположения кристаллитов. Обычно при получении анизотропных постоянных магнитов образцы прессуют в магнитном поле. При этом большинство кристаллитов ориентируется по направлению магнитного поля. В процессе спекания такое упорядоченное расположение кристаллитов не разрушается, а наоборот увеличивается. При снятии рентгенограммы анизотропного образца с поверхности, перпендикулярной направлению магнитного поля при прессовании, установили, что наличие текстуры приводит к увеличению интенсивности рентгеновского рефлекса (008) и уменьшению рентгеновского рефлекса (107). Степень тек-стурирования обычно определяют по соотношению интенсивностей рентгеновских рефлексов (107) и (008) для текстурированного образца по сравнению с порошком феррита с изотропным расположением кристаллитов. Следовательно, можно предположить, что аномальное соотношение интенсивности рефлексов (107) и (008) вызвано появлением частично упорядоченного расположения кристаллитов при набивании порошка феррита в кювету для снятия рентгенограмм.
Таким образом, сопоставление рентгенограмм образцов 8г1-хЬахРе12-хСихО19 с различными значениями х (рис. 1) показало наличие текстуры в образцах с х = 0,1; 0,2; 0,3, причем для образцов с х = 0,2 и х = 0,3 степень тексту-рирования выше, чем у образца с х = 0,1. Образцы с х = 0,4 и х = 0,1 также, как и незамещенный стронциевый феррит (образец с х = 0), являются изотропными. С целью подтверждения наведенной анизотропии рентгенограммы для образцов с х = 0,3 и х = 0,2 снимались дважды. При повторном исследовании проводилось дополнительное измельчение порошка. Вид рентгенограмм при этом и соотношение интенсивностей рентгеновских рефлексов (107) и (008) не изменялся.
В табл. 1 приведены основные характеристики гексагональной кристаллической ре-
шетки образцов синтезированных ферритов 8г1-хЬахРе12-хСихО19. Объем элементарной ячейки исследуемых систем рассчитан по формуле
V = 0,866025а2с, где а, с - параметры кристаллической решетки. Рентгеноструктурная плотность однофазных образцов ферритов исследуемых твердых растворов ррент рассчитана по формуле ррент = 2М / (Ы^У), где М - молярная масса феррита, ЫА - число Авогадро. Для синтезированного в данной работе феррита 8гРе12О19 значения параметров решетки а и с соответственно равны 5,8870 А и 23,027 А; объем элементарной решетки V = 691,12 А3 и рентгеноструктурная плотность ррент = 5,102 г/см3. Эти значения хорошо согласуются с литературными данными (а = 5,8844 А, с = 23,05(3) А,
V = 691,20 А3, Ррент = 5,102 г/см3) [2].
С увеличением х параметр кристаллической решетки а не претерпевает сильного изменения (табл 1, рис. 2). Некоторое уменьшение величины параметра кристаллической решетки а при увеличении х может происходить из-за меньшего радиуса ионов Ьа3+ (1,22 А) по сравнению с ионами 8г2+ (1,27 А) [1]. Параметр кристаллической решетки с при увеличении х растет заметнее (табл. 1, рис. 2). Для образца с х = 0,5 он равен 23,065 А по сравнению с 23,027 А для образца с х = 0.
В кристаллической решетке 8г1-хЬахРе12-хСихО19 при увеличении х из-за меньшего радиуса ионов Ьа3+ (1,22 А) по сравнению с ионами 8г2+ (1,27 А), вероятно, происходит уменьшение параметра кристаллической решетки с, но практически одновременно имеет место и возрастание этого параметра из-за того, что ионы Си2+, имеющие больший радиуса (0,78 А) по сравнению с ионами Ре3+ (0,67 А), входят в 8гМ-решетку и заменяют в ней ионы Ре3+. Увеличение параметра кристаллической решетки с с ростом х подразумевает, что вклад влияния замещений на ионы Си2+ на увеличение размера параметра кристаллической решетки с превышает противоположное влияние замещения ионов 8г ионами Ьа . Изменение параметров решетки особенно заметно до х = 0,3.
Таблица 1
Параметры кристаллической решетки а и с, объем элементарной ячейки V, рентгеноструктурная плотность рренг, молярная масса образцов ферритов 8г1-дЬадГе12-дСид019
х а (А) с (А) с/а V (А3) Ррент (г/см3) М (г/моль)
0,0 5,8870 23,027 3,9115 691,12 5,102 1061,77
0,1 5,8862 23,039 3,9140 691,28 5,129 1067,67
0,2 5,8853 23,050 3,9165 691,42 5,157 1073,57
0,3 5,8845 23,061 3,9190 691,56 5,184 1079,47
0,4 5,8841 23,064 3,9198 691,58 5,212 1085,37
0,5 5,8841 23,065 3,9199 691,58 5,241 1091,27
Ä
5,885
с, Ä V, Ä
23,07 691,6
23,06 691,5
23,05 691,4
23,04 691,3
23,03 691,2
23,02 691,1
3
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
б
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 а
Рис. 2. Зависимость параметров гексагональной кристаллической решетки а и с (а) и объема элементарной решетки V (б) от степени замещения х в ферритах 8г1-хЬахРе12-хСих019
a
x
х
При х < 0,3 объем элементарной ячейки V и рентгеноструктурная плотность ррент твердых растворов ферритов систем 8г 1_хЬахРе 12-хСих019 с ростом х увеличиваются линейно, затем при х = 0,4-0,5 это увеличение замедляется. Возможно, что в исследуемой системе значение степени замещения х = 0,3 является предельной для образования твердых растворов ферритов
Зг^Ьа^Ъ 12-хСих019.
Сравнение ИК-спектров образцов гексафер-ритов с различными степенями замещения х показывает, что в исследуемом интервале волновых чисел 300-750 см-1 все они схожи между собой (рис. 3).
Частичное гетеровалентное замещение ионов 8г2+ ионами Ьа3+ и эквивалентного количества ионов Бе3+ ионами Си2+ в гексаферрите
8гБе12019 не приводит к существенному изменению частот и интенсивностей спектральных полос поглощения. С возрастанием х наблюдается очень незначительное плавное возрастание частоты деформационных колебаний: для феррита 8гБе12019 от 397 до 407 см-1 (для х = 0,5). Интенсивность этой полосы с ростом х несколько снижается. Частоты поглощения при 554 (552) см-1, 448 (452) см-1, 362 см-1, 336 (337) см-1 , которые соответствуют полосам поглощения валентных и деформационных колебаний феррита 8гБе12019, и их интенсивности при увеличении степени замещения х от 0 до 0,5 почти не изменяются. Таким образом, результаты ИК-спектроскопии свидетельствуют об однородность фазовых составов синтезированных образцов.
Рис. 3. ИК-спектры образцов 8г1-хЬахБе12-хСих019 со степенями замещения х:
1 - 0; 2 - 0,1; 3 - 0,2; 4 - 0,3; 5 - 0,4; 6 - 0,5
Измерения удельной намагниченности образцов ферритов проводили вибрационным методом при температурах 6 и 300 К в магнитных полях до 14 Тл. Образцы ферритов имели форму цилиндров длиной 5,0-5,4 мм и диаметром 1,0-1,2 мм. По полученным петлям гистерезиса определяли удельную намагниченность насыщения о и коэрцитивную силу ОИс. Намагниченность насыщения, выраженная в магнетонах Бора (|в) на одну формульную единицу феррита, рассчитывали по формуле
= (ох • М)/5585,
где М - молярная масса соответствующего феррита; 5585 - величина, равная произведению магнетона Бора (|в) на число Авогадро. Результаты исследования магнитных свойств (намагниченности насыщения одной формульной единицы пх, удельной намагниченности насыщения коэрцитивной силы ОИс, остаточной намагниченности ог, коэффициента прямоугольности петли гистерезиса К) полученных ферритов 8г1-хЬахРе12-хСих019 представлены на рис. 4 и 5 и в табл. 2 и 3.
3000
2500
2000
1500
1000
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Рис. 4. Коэрцитивная сила ферритов 8г1_хЬахРе12-хСих019 при температурах 6 К (1) и 300 К (2)
В соответствии с полученными данными возрастание степени замещения х приводит к
увеличению намагниченности насыщения п при 6 К от величины 19,91 |в для 8гБе12019 до 20,69 |в для х = 0,3 (табл. 2). При 300 К намагниченность насыщения п увеличивается от величины 15,72 |в для 8гБе12019 до 16,25 |в для х = 0,3 (табл. 3). При дальнейшем увеличении х намагниченность п уменьшается как при 6 К, так и при 300 К.
Пх, |в 21
20
19
18
17
16
15
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Рис. 5. Намагниченность насыщения
ферритов 8г1_хЬахРе12-хСих019 при температурах 6 К (1) и 300 К (2)
В соответствии с двухполярной моделью Гортера [3] намагниченность феррита стронция 8гБе12019 равняется разности магнитных моментов 5-подрешетки, в которой расположены восемь ионов Бе3+, и Л-подрешетки с четырьмя ионами Бе3+. Магнитный момент ионов Бе3+ в магнетонах Бора равен 5 | в, магнитный момент ионов Си2+ равен 1 |в.
Таблица 2
Характеристики магнитных свойств ферритов 8г1-дЬадГе12-хСид019 с различными степенями замещения х при температуре 6 К
х
х уд, Гс-см3/г Пх, |в оИс, Э ог, Гс-см3 ог уд, Гс-см3/г К = аг /
0,0 104,73 19,91 2110 3,824 63,18 0,6033
0,1 105,72 20,21 1500 4,244 65,76 0,6221
0,2 106,33 20,44 1110 4,311 70,38 0,6618
0,3 107,05 20,69 1090 4,412 70,99 0,6632
0,4 98,95 19,23 1410 3,465 56,71 0,5731
0,5 97,91 19,13 1400 3,337 56,41 0,5762
Таблица 3
Характеристики магнитных свойств ферритов 8г1-дЬадТе12-дСид019 с различными степенями замещения х при температуре 300 К
х as уд, Гс-см3/г ns, Цв (Ä, Э ст„ Гс-см3 ar уд, Гс-см3/г K = ar / cs
0,0 82,69 15,72 3010 45,89 8,724 0,5550
0,1 83,38 15,94 2200 52,37 10,012 0,6281
0,2 84,22 16,19 2010 57,34 11,022 0,6808
0,3 84,07 16,25 1900 57,43 11,101 0,6831
0,4 78,27 15,21 2440 47,09 9,151 0,6016
0,5 77,38 15,12 2360 46,43 9,072 0,6000
Если предположить, что для феррита 8г1-хЬахРе12-хСих019 с х = 0,3 все ионы Си2+ расположены в Л-подрешетке антипараллельно ионам Бе3+ этой подрешетки, то намагниченность одной формульной единицы в магнетонах Бора будет равна п¡, = (8 • 5) - (3,7 • 5 - 0,3 • 1) = = 21,8. Величина в первых скобках относится к магнитному моменту ионов Бе3+ в 5-подре-шетке. Величина во вторых скобках относится к ионам Бе и ионам Си в Л-подрешетке. Для стронциевого феррита 8гБе019 намагниченность одной формульной единицы в магнетонах Бора равна Пц = (8 • 5) - (4 • 5) = 20. Таким образом, намагниченность для феррита 8г1-хЬахБе12-хСих019 с х = 0,3 по сравнению со стронциевым ферритом 8гБе019 выше на величину Дщ = 1,8 цв.
Если предположить, что для феррита 8г1-хЬахБе12-хСих019 с х = 0,3 все ионы Си2+ расположены в Л-подрешетке параллельно ионам Бе3+ этой подрешетки, то намагниченность одной формульной единицы в магнетонах Бора будет равна п = (8 • 5) - (3,7 • 5 + 0,3 • 1) = 21,2. Следовательно, при этом предположении намагниченность феррита 8г1-хЬахБе12-хСих019 с х = 0,3 по сравнению со стронциевым ферритом 8гБе019 выше на величину Дщ = 1,2 цв.
Если предположить, что для феррита Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 с х = 0,3 65% ионов Cu2+ расположены в Л-подрешетке, а 35% ионов Cu2+ расположены в 5-подрешетке, тогда намагниченность одной формульной единицы в магнетонах Бора будет равна ns = (7,895 • 5 + 0,105 • 1) - (3,805 • 5 - 0,195 • 1) = 20,75. Таким образом, при этом предположении намагниченность феррита Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 с х = 0,3 по сравнению со стронциевым ферритом SrFeO19 выше на величину Ans = 0,75 цв.
Для феррита Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 с х = 0,3 в соответствии с табл. 4 при температуре 6 К экспериментальная величина Ans = 0,78 цв. Близость этого значения к приведенному выше значению Ans = 0,75 цв позволяет предположить, что в феррите Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 с х = 0,3 реализуется рассмотренное выше распределение
2+ /- с о / 2+
ионов Cu по подрешеткам: 65% ионов Cu расположены в Л-подрешетке, а 35% ионов Cu2+ расположены в 5-подрешетке.
Коэрцитивная сила (Не) для образцов ферритов Sr1-xLaxFe12-xCuxO19 со значениями х от 0 до 0,3 плавно снижается от 3010 до 1900 Э при 300 К и от 2110 до 1090 Э при 6 К (табл. 2, 3). При значениях х 0,4 и 0,5 наблюдается некоторое повышение коэрцитивной силы как при 6 К, так и при 300 К.
Таблица 4
Магнитные характеристики изотропных постоянных магнитов из ферритов 8г1-хЬахРе12-хСих019
Степень замещения х Остаточная индукция Br (Тл) Коэрцитивная сила (по индукции) bHc (кА/м) Энергетическое произведение BHmax (кДж/м3) Пористость образцов (%)
0,0 0,18 96 4,81 5,53
0,1 0,21 80 4,65 14,02
0,2 0,26 76 4,73 18,70
0,3 0,33 69 4,78 20,14
Получение изотропных постоянных магнитов из синтезированных ферритов 8г1-хЬахЕе12-хСих019 и определение их магнитных характеристик. На основе полученных ферритов были изготовлены изотропные постоянные магниты. С использованием специальной промышленной добавки в образцы вводили СаСО3, 8Ю2, Н3В03 соответственно в количествах 0,1; 0,25 и 0,3 массовых процентов по отношению к исходным массам ферритов, а также 0,75 массовых процента добавки 8гРе9,5А12,5019, разработанной на кафедре физической и коллоидной химии БГТУ. Образцы изотропных магнитов имели форму цилиндров диаметром ~10 мм и длиной ~10 мм. Их обжигали на воздухе при 1433 К в течение 2 ч. Магнитные характеристики постоянных изотропных магнитов, полученные индукционным методом, представлены в табл. 4.
Более низкие значения коэрцитивной силы ьНс и максимального энергетического произведения (ВН)тах, полученные в данной работе по сравнению с приведенными в работе [1], в которой для получения ферритов использовался метод СВС, возможно, связаны с морфологическими различиями как синтезированных ферритов, так и полученных магнитов. Именно хорошей плоскоподобной морфологией и маленькими размерами частиц авторы [1] объясняют наблюдаемую ими высокую величину коэрцитивной силы Нс для образца 8г1-хЬахРе12-хСих019 с х = 0,1.
Пористость образцов определяли по формуле
К =
_Ррент — Ркаж
100%,
(1)
рент
где ркаж - плотность образцов изотропных магнитов, рассчитываемая по массе образца и по его объему, ррент - рентгеноструктурная плотность соответствующих образцов ферритов.
С ростом х наблюдалось увеличение пористости образцов (табл. 4), что указывает на менее интенсивное спекание при получении магнитов, связанное, вероятно, с крупными размерами частиц исходных порошков ферритов 8г1-хЬахРе12-хСих019 (х = 0,1; 0,2; 0,3), использовавшихся для прессовки цилиндрической формы образцов постоянных магнитов. Снимки полученных образцов ферритов и изготовленных из них магнитов, сделанные при увеличении 2000 раз с использованием сканирующего электронного микроскопа 18М-5610 ЬУ, представлены на рис. 6, 7. Для гексаферрита стронция 8гБе12019 (х = 0) характерны наименьшие размеры частиц (рис. 6, а и рис. 7, а). Введение добавок меди и лантана в количествах, соответствующих степеням замещения х, равным 0,1;
0,2; 0,3, приводило к увеличению размеров частиц. Вероятно, для улучшения магнитных характеристик ферритов 8г1-хЬахБе12-хСих019 необходимо подбирать условия спекания магнитов, приводящие к уменьшению размеров частиц, например, снижать температуру и длительность обжига.
Рис. 6. Электронные фотографии (увеличение в 2000 раз) образцов ферритов 8г1-хЬахРе12-хСих019 при различных степенях замещения х:
а - х = 0; б - х = 0,1; в - х = 0,2; г - х = 0,3; д - х = 0,4; е - х = 0,5
Рис. 7. Электронные фотографии (увеличение в 2000 раз) образцов изотропных магнитов, изготовленных из ферритов 8г1-хЬахРе12-хСих019 при степенях замещения х: а - х = 0; б - х = 0,1; в - х = 0,2; г - х = 0,3
Заключение. Керамическим методом синтезированы образцы ферритов 8г1-хЬахРе12.хСих019 (х = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5). Установлено, что условия синтеза обеспечивали получение однофазных образцов со структурой магнетоплюм-бита. Определены параметры кристаллической
решетки и проанализирована зависимость этих параметров от степени замещения ионов Бе3+ в гексаферрите 8гБе12019 ионами Си2+ и Ьа3+. Установлено, что для ферритов со степенями замещения х, равными 0,2 и 0,3, наблюдается текстурирование образцов.
Определение магнитных параметров синтезированных ферритов при температуре 6 К показало, что при повышении степени замещения х от 0 до 0,3 намагниченность насыщения формульной единицы в магнетонах Бора плавно возрастает от 19,91 до 20,69, а коэрцитивная сила снижается от 2110 до 1090 Э.
Для феррита 8г1-хЬахРе12-хСих019 с х = 0,3 теоретический анализ распределения ионов Си2+ по магнитоплюмбитным подрешеткам в сочетании с экспериментальными данными по намагниченности позволил предположить, что 65% ионов Си2+ располагаются в Л-подрешетке и 35% ионов Си2+ - в 5-подрешетке.
Для образцов изотропных постоянных магнитов, изготовленных из ферритов со степенями замещения х 0,1; 0,2; 0,3, коэрцитивная сила ьНс равна соответственно 80, 76, 69 кА/м, что
ниже коэрцитивной силы 96 кА/м для магнита, изготовленного из гексаферрита SrFei2Oi9. Низкие значения коэрцитивной силы He, возможно, связаны с крупными размерами частиц порошков ферритов, использовавшихся для прессовки образцов. Для улучшения магнитных характеристик необходимо подбирать условия спекания магнитов, приводящие к снижению рекристаллизации частиц, например, снижать температуру и длительность обжига.
Литература
1. Qiao, L. The magnetic properties of strontium hexaferrites with La-Cu substitution prepared by SHS method / L. Qiao [et al.] // J. of Magnetism and Magnetic Materials. 2007. - Vol. 318. -P. 74-78.
2. JCDD JCPDS № 84-1531 (рентгеновская карточка).
3. Гортер, Е. В. Намагниченность насыщения и кристаллохимия ферримагнитных окислов / Е. В. Гортер // УФН. - 1955. - Т. 57, № 2. -С.279-346.
Поступила 26.02.2011
