CC BY
48
уравнения квантовой теории должны быть необратимы во времени. Основы квантовой теории должны претерпеть изменения и органически включить в свою структуру необратимость во времени квантовых процессов,
Библиографический список
4. ХокингС.ОтБольшогоВэрывадочерныхдыр. —М.: «Мир», 1990.153 с.
5. Николсон И. Тяготение, черные дыры и вселенная. — М: «Мир», 1983.240с.
6. Федоров В.К. Концепция устойчивого неравновесия. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003.150 с.
1. Нахмансон P.C. Физическая интерпретация квантовой механики. // УФН. №4.2001. С. 441-444.
2. Пилан А.М. Действительность и главный вопрос о квантовой информации. //УФН.Т. 171. №4. С. 444-447.
3. Менский М.Б. Квантовое измерение: декогеренция и сознание. // УФН. Т. 171, №4. С. 459-462.
ФЕДОРОВ Владимир Кузьмич, доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий.
УДК 537 611 44 В.Н.ЛИССОН
Н. П. КАЛИСТРАТОВА Л. Ф. КАЛИСТРАТОВА
Омский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ ОКИСЛА КОБАЛЬТА НА СТРУКТУРУ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МАРГАНЕЦ-ЦИНКОВЫХ ФЕРРИТОВ
Представлены результаты влияния присадки СоО на структуру, плотность и магнитные свойства марганец-цинковых ферритов. Получено, что введение ионов Со" в структуру основного состава ферритов приводит к уменьшению начальных значений магнитной проницаемости и возрастанию температуры фазового перехода в парамагнитное состояние. Наибольшей температурной стабильностью обладает феррит, не имеющий примеси СоО. При концентрациях СоО до ОД вес. % образуется структура шпинели замещения с уменьшающейся пористостью, при увеличении концентрации СоО до 0,5 % - структура шпинели внедрения, пористость которой увеличивается. Модификация кристаллической ячейки при внедрении присадки СоО не изменяется.
В радиоэлектронике широко применяются ферриты - магнитные материалы с высокими техническими параметрами. Марганец - цинковые ферриты по своей структуре относятся к феррошпинелям, отличительной особенностью которых является большая величина их удельного электросопротивления.
Исследованию структуры и магнитных свойств основных соединений марганец-цинковых ферритов посвящено большое количество оригинальных работ и монографий [1-4]. Выявлено, что даже незначительное варьирование каких-либо параметров ферритов, условий их синтеза, а также введение добавок вызывает значительные изменения их физических свойств. Поскольку в радиоэлектронике используют магнитные материалы с оптимальными свойствами, то любые исследования по этим материалам представляют как научный, так и практический интерес.
В литературе имеются некоторые сведения о влиянии присадки окиси кобальта (СоО) на магнитную анизотропию марганец-цинковых ферритов, но систематические данные о его влиянии на структуру и температуру фазового перехода в парамагнитное со-
стояние отсутствуют. В данном сообщении представлены результаты комплексного исследования влияния ионов Со2+ на плотность, структуру и магнитные свойства Мп-гп ферритов.
Объекты исследований. Образцы ферритов с добавкой примеси СоО были получены твердофазным синтезом в три этапа: спрессованные смеси окислов основного состава Ре203 (70,0 %), МпО (18,1 %), 2пО (11,6 %) и ТЮ2 (0,3 %) нагревались с равномерной скоростью 100 град/ч в течение 13 часов в температурном интервале от 20 до 1280 °С; затем при самой высокой температуре выдерживались в течение 5 часов; охлаждение производилось со скоростью 24,04 град/ч по первой вакуумной программе [1]. Весь процесс синтеза составлял 72 часа. Исследуемые образцы представляли собой кольцевые сердечники типоразмера 20x12x6 мм3. Присадка окиси кобальта варьировалась от нуля до 0,5 вес. %. с интервалом 0,1 %.
Методики исследований. Состояние структуры ферритовых порошковых образцов изучалось путем расчета рентгенограмм, полученных на установке ДРОН-3 в Со-фильтрованном излучении при комнатной
температуре в диапазоне углов дифракции 20 = 20-1200 в одном рабочем режиме. Обработка рентгенограмм осуществлялась согласно методикам, изложенным в [5, 6]. Экспериментальные данные о межплоскостных расстояниях сравнивались с литературными [7,8], что позволило определить индексы отражающих плоскостей Н, К, Ь. Параметр кубической ячейки а соединений рассчитывался по формуле
а = |МН2 + К2 +Ь2)||2]/2Бте ,
где X - длина волны рентгеновского излучения; 8 - угол дифракции, Н, К, Ь - индексы отражающих плоскостей.
Для определения типа твердых растворов рентгеновская плотность РрСоединений, рассчитанная для растворов внедрения и растворов замещения, сравнивалась с действительной плотностью рд ферри-товых колец, определенной методом гидростатического взвешивания. Оно производилось в спирте в течение 10 минуте интервалом в одну минуту, а также после выдерживания образца в спирте в течение двух суток. По результатам двух взвешиваний оценивался параметр пористости Р феррита, т.е. относительный объем пор, которые содержатся в образце. Объем пор вычислялся как объем воздуха в момент погружения образца в спирт, когда процесс вытеснения воздуха спиртом можно считать несущественным.
Измерение начальной магнитной проницаемости ц,, проводили в диапазоне температур от 293 К до 480 К. Контроль за температурой осуществлялся медь-кон-стантановой термопарой. В качестве цепи возбуждения применялась однослойная обмотка из 50 витков. Поступающий на обмотку сигнал контролировался осциллографом С1-65А и частотомером 43-57. Индуктивность 1_ сердечника измерялась прибором Е7-11. Величина магнитной проницаемости шн рассчитывалась по формуле
цн = | лЦЭ - (1) / 1пр/с1) ] / ц0 Э п2,
в которой Б - площадь поперечного сечения сердечника; <1 и О - внутренний и внешний диаметры кольца соответственно; п - число витков; |а0 - магнитная постоянная вакуума.
За критерий температуры фазового перехода Тс образца в парамагнитное состояние принималась температура, при которой измеренная магнитная проницаемость составляла величину 0,1 начальной магнитной проницаемости при комнатной температуре.
Относительные погрешности перечисленных выше величин составляли: а-2%, рр-10%, рд-1 %, Р-5%, ц„-3%.
Рис.1. Фрагменты рентгенограмм ферритов основного состава (а) и с содержанием присадки СоО в 0,5 вес. % (б).
Результаты исследований и их обсуждение. Из анализа рентгенограмм (рис. 1) следует, что порошковые образцы как основного состава марганец-цинковых ферритов, так и с содержанием присадки СоО -однофазны, имеют структуру кубической шпинели с параметром элементарной ячейки о - 0,848 нм. Влияния присадки СоО на параметр ячейки обнаружено не было, Следовательно, изменения в составе образцов, осуществляемые присадкой СоО, не влекут за собой существенные искажения кристаллической решетки (табл. 1).
Рентгеновская плотность образцов в предположении, что ионы Со2+ замещают ионы основных окислов в узлах решетки, имеет небольшую тенденцию к снижению, а рентгеновская плотность внедрения - к увеличению при возрастании содержания примеси СоО (табл. 1). Действительная плотность материала ферритов сначала уменьшается с увеличением содержания СоО, достигая наименьшего значения при концентрации 0,2 %, а затем возрастает до исходного значения. Аналогично ведет себя величина пористости Р (табл. 1). Сравнивая рентгеновскую и действительную плотность материала образцов можно сделать выводы о дефектности ферритов на качественном уровне. Ферриты с содержанием ионов Со2+ до 0,2 % можно считать твердыми растворами замещения, тогда как более высокое содержание этих ионов приводит к созданию твердых растворов внедрения. Ферриты крайних составов относительно содержания СоО (0 и 0,5 %) имеют максимальную пористость и плотность и, следовательно, минимальную внутри-зеренную дефектность. По мере приближения к образцам промежуточного состава (0,2 % и 0,3 %) про-
Таблица 1
Параметр кубической ячейки, плотность и пористость ферритов
№ обр. СоО, вес. % а, нм Плотн. замещ. РР-з кг/м Плотн. внедр. рр, кг/м3 Действит. плотн. рд Кг/м3 Пористость Р
1 0 0,848 5,07 5,07 4,96 0,07
2 0,1 0,648 5,06 5,08 4,88 0,05
3 0,2 0,847 5,06 5,10 4,86 0,04
4 0.3 0,847 5,05 5,10 4,69 0,05
5 0,4 0,849 5,02 5,08 4,94 0,06
б 0.5 0,849 5,01 5,09 4,95 0,07
ионов Со2+ на константы анизотропии [4]. Известно, что во многих ферритах даже относительно малая примесь ионов кобальта вызывает существенное изменение магнитных свойств и, прежде всего, энергии анизотропии, создавая существенный положительный вклад в суммарную анизотропию кристалла. Это связано с орбитальным вырождением основного уровня Со2+ в тригональном поле в октаэдрических позициях решетки шпинели. В случае ферритов без примеси ионов кобальта, спин-орбитальное взаимодействие других элементов мало и не учитывается в энергии анизотропии. Это обусловлено тем, что результирующий орбитальный момент электронов гораздо меньше спинового момента (т.е. орбитальный момент находится в замороженном состоянии). Причиной такого замораживания является действие электрических полей, окружающих ионов в месте расположения каждого данного иона (так называемое внутрикристаллическое поле). Таким образом, увеличение содержания ионов Со2+ в структуре шпинели приводит к возрастанию энергии обменного взаимодействия между ионами железа за счет сверхобменного взаимодействия по цепям Ре-О-Со-Ре, следовательно, к возрастанию магнитной анизотропии, вследствие чего начальная магнитная проницаемость феррита будет уменьшаться.
Температурные зависимости магнитной проницаемости цн образцов с различным содержанием присадки СоО приведены на рис 3. При небольших температурах наблюдается примерно экспоненциальная зависимость величины цн от концентрации СоО. С возрастанием температуры для образцов с содержанием ионов кобальта до 0,3 % магнитная проницаемость в пределах погрешности достигает одинакового значения (цнтах = 1930 ± 30). Более высокое содержание СоО приводит к снижению максимального
Рис. 2. Концентрационная зависимость начальной магнитной проницаемости марганец-цинковых ферритов при комнатной температуре.
исходит уменьшение плотности и пористости и возрастание внутризеренной дефектности. Таким образом, прослеживается некоторая закономерность сложного характера в изменении дефектности структуры ферритов при внедрении в него добавки СоО.
Концентрационная зависимость начальной магнитной проницаемости тн исследуемых ферритов при комнатной температуре (293 К) представлена на рис. 2. С увеличением содержания присадки СоО начальная магнитная проницаемость уменьшается примерно по экспоненциальному закону. Такое изменение величины цн закономерно связать с влиянием
Рис.3. Температурная зависимость начальной магнитной проницаемости Мп^п-ферритов с присадкой СоО (цифры у графиков - содержание СоО в вес %).
Таблица 2
Магнитные параметры ферритов
№ обр. СоО, вес. % Дн Т = 293 К max Цн Тс, К
1 0,0 1640 1960 463
2 0,1 1390 1900 465
3 0,2 1060 1940 467
4 0,3 760 1920 469
5 0,4 590 1760 471
6 0,5 490 1670 473
значения магнитной проницаемости: 1760 и 1670 соответственно для составов с содержанием присадки ионов кобальта 0,4 и 0,5 % (табл. 2). С увеличением концентрации СоО сильно уменьшается температурная стабильность магнитной проницаемости (рис.3).
Одинаковое (в пределах погрешности) максимальное значение магнитной проницаемости у всех образцов также можно объяснить, исходя из модели анизотропии. Вектор спонтанной намагниченности, который определяет нахождение материала в ферромагнитной фазе, зависит от магнитной анизотропии, поэтому температурное изменение спонтанной намагниченности тесно связано с температурной зависимостью магнитной анизотропии. При повышении температуры до точки Кюри спонтанная намагниченность исчезает, что ведет к исчезновению анизотропии. Однако температурное изменение анизотропии происходит гораздо быстрее за счет тепловых флуктуаций спонтанной намагниченности [4]. Таким образом, можно сказать, что достижение одинакового максимума величины цм всех образцов связано с исчезновением анизотропного влияния кобальта.
При температурах свыше 450 К для всех концентраций наблюдается резкое падение величины магнитной проницаемости р.,, в связи с переходом исследуемых соединений из ферромагнитной фазы в парамагнитную. Температуры фазового перехода Тс представлены в табл. 2. С ростом концентрации СоО наблюдается практически линейное увеличение Тс на 1 К. Увеличение температуры фазового перехода Тс при возрастании концентрации окиси кобальта объяснить достаточно трудно. Ясно, что такая возрастающая зависимость связана с увеличением энергии
сверхобменного взаимодействия, но для объяснения этого факта необходимо иметь точное представление о распределении всех входящих в феррит ионов по узлам кристаллической решетки.
Таким образом, проведенные исследования показали, что введение ионов Со2+ в основной состав марганец-цинковых ферритов наиболее существенное влияние оказывает на его магнитные свойства, а не на состояние структуры. Температурная стабильность образца, не содержащего ионов Со2+, позволяет предположить отсутствие анизотропии в основном составе окислов за счет замещения ионов Fe3+ ионами Ti4 + , которая возникает только с введением ионов Со2+.
В заключение отметим, что для технических целей наиболее благоприятным является использование марганец-цинковых ферритов без добавок окиси кобальта, так как его магнитная проницаемость обладает самой высокой температурной стабильностью.
Библиографический список
1. Гуденаф Д. Магнетизм и химическая связь.- М.: Металлургия, 1968.-325 с
2. Стабильность свойств ферритов. //P.M. Биктяков, Д.В. Гаскаров, Ю.С. Зворонои др. - М.: Советское радио, 1974. -352 с.
3. Смит Я., ВейнХ. Ферриты. -М.: Изд-воин.лит., 1962. -504 с.
4. Тикадзуми. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения, - М.: Мир, 1987. - 420 с.
5. МиркинЛ.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов,- М.: Изд-вофиз. - мат. лит., 1961, -850 с.
6. Горелик С.Е., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электроннооптический анализ. Приложения. - М.: Металлургия, 1970. - 107 с.
7. Липсон Г., Стипл Г. Интерпретация порошковых рентгено-грамм.-М.: Мир, 1972.-384с.
8. Гинье Л. Рентгенография кристаллов. - М.: Изд-во физ.-мат. лит, 1961. -322 с.
ЛИССОН Владимир Николаевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики. КАЛИСТРАТОВАЛюбовь Филипповна, кандидат фи -зико-математических наук, доцент кафедры физики. КАЛИСТРАТОВА Наталья Павловна, кандидат технических наук, доцент каф. физики.
Опыт веков: в мире мудрых мыслей
Противоречие есть критерий истины, отсутствие противоречия — критерий заблуждения.
Г. Гегель.
Ученый - это не тот, кто много читает, а тот, кто читает с пользой.
Аристипп,
