Синтез и структура керамики бизамещенного гексаферрита M-типа BaFe(11,5-x)Ti0,5AlxO19

Иброхими Ашурали Солизода, Владимир Евгеньевич Живулин, Дарья Петровна Шерстюк, Андрей Юрьевич Стариков, Евгений Алексеевич Трофимов, Ольга Владимировна Зайцева, Денис Александрович Винник

Аннотация


Развитие научно-технического прогресса невозможно без создания новых функциональных материалов. Одним из классов таких материалов являются гексагональные ферриты. Наличие у них уникальных физических свойств делает их незаменимым материалом для производства элементов высокочастотной электроники.

Широкое внедрение в повседневную жизнь высокочастотной электроники за последнее десятилетие вызвало большой интерес к гексагональным ферритам. Число публикаций, посвященных синтезу моно- и бизамещенных ферритов с каждым годом заметно возрастает.

Модификация химического состава феррита путем замещения части атомов железа другим элементом, без изменения его структуры, приводит к изменению физических свойств материала. Варьирование свойств конечного феррита путем изменения его химического состава представляет интерес и является перспективным для точной настройки свойств материала под конкретную задачу.

Целью представленной работы является экспериментальное изучение возможности синтеза феррита со структурой магнетоплюмбита, в котором атомы железа частично замещены атомами Al и Ti. Обзор научной литературы по данной проблеме показал отсутствие публикаций по ферритам с таким набором замещающих элементов.

В качестве методов исследования в данной работе применяли рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ, электронную микроскопию и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию.

В представленной работе приведены результаты экспериментального исследования возможности получения бизамещенного феррита M-типа состава BaFe(11,5 - x)Ti0,5AlxO19, где x(Al) = 0,1; 0,5; 1. В качестве метода получения образцов использовали твердофазный синтез. Данный метод лишен технологических трудностей и является перспективным с точки зрения его масштабирования для синтеза феррита. Спекание образцов производили при трех различных температурах: 1300, 1350 и 1400 °С. В работе показано, что в диапазоне температур 1300–1400 °С происходит формирование монофазных образцов. Произведен расчет параметров кристаллической решетки. Выявлено влияние температуры и концентрации замещающего элемента на изменение параметров кристаллической решетки материала.

Исследование методом электронной микроскопии позволило выявить наличие скрытой микропористости образцов.

Ключевые слова


гексаферрит бария; замещение железа титаном и алюминием; керамика; твердофазный синтез

Полный текст:

PDF

Литература


Song Y.-Y., Ordóñez-Romero C.L., Wu M. Millimeter Wave Notch Filters Based on Ferromagnetic Resonance in Hexagonal Barium Ferrites. Appl. Phys. Lett., 2009, iss. 14, vol. 95, pp. 142506. DOI: 10.1063/1.3246170

Pardavi-Horvath M. Microwave Applications of Soft Ferrites. J. Magn. Magn. Mater., 2000, vol. 215–216, pp. 171–183. DOI: 10.1016/S0304-8853(00)00106-2

Pullar R.C. Hexagonal Ferrites: A Review of the Synthesis, Properties and Applications of Hexaferrite Ceramics. Progress in Materials Science, 2012, iss. 7, vol. 57, pp. 1191–1334. DOI: 10.1016/J.PMATSCI.2012.04.001

Phan T.L., Tran N., Nguyen H.H., Yang D.S., Dang N.T., Lee B.W. Crystalline and Electronic Structures and Magnetic Properties of BaCo1-xMnxFe11O19 Hexaferrites. J. Alloys Compd., 2020, vol. 816. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152528

Huang K., Yu J., Zhang L., Xu J., Li P., Yang Z., Liu C., Wang W., Kan X. Synthesis and Characterizations of Magnesium and Titanium Doped M-type Barium Calcium Hexaferrites by a Solid State Reaction Method. J. Alloys Compd., 2020, vol. 825, pp. 154072. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.154072

Mariño-Castellanos P.A., Anglada-Rivera J., Cruz-Fuentes A., Lora-Serrano R. Magnetic and Microstructural Properties of the Ti4+-Doped Barium Hexaferrite. J. Magn. Magn. Mater., 2004, iss. 2–3, vol. 280, pp. 214–220. DOI: 10.1016/j.jmmm.2004.03.015

Teh G., Nagalingam S., Jefferson D. Preparation and Studies of Co(II) and Co(III)-Substituted Barium Ferrite Prepared by Sol–gel Method. Mater. Chem. Phys., 2007, vol. 101, pp. 158–162. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2006.03.008

Gultom G., Rianna M., Sebayang P., Ginting M. The effect of Mg-Al Binary Doped Barium Hexaferrite for Enhanced Microwave Absorption Performance. Case Stud. Therm. Eng., 2020, vol. 18. DOI: 10.1016/j.csite.2019.100580

Jazirehpour M., Shams M.H., Khani O. Modified Sol–Gel Synthesis of Nanosized Magnesium Titanium Substituted Barium Hexaferrite and Investigation of the Effect of High Substitution Levels on the Magnetic Properties. J. Alloys Compd, 2012, vol. 545, pp. 32–40. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.08.043

Rianna M., Situmorang M., Kurniawan C., Tetuko A.P., Setiadi E.A., Ginting M., Sebayang P. The Effect of Mg-Al Additive Composition on Microstructure, Magnetic Properties, and Microwave Absorption on BaFe12−2xMgxAlxO19 (x = 0–0.5) Material Synthesized from Natural Iron Sand. Mater. Lett., 2019, vol. 256. DOI: 10.1016/j.matlet.2019.126612

Alange R.C., Khirade P.P., Birajdar S.D., Humbe A. V, Jadhav K.M. Structural, Magnetic and Dielectrical Properties of Al–Cr Co-substituted M-type Barium Hexaferrite Nanoparticles. J. Mol. Struct., 2016, vol. 1106, pp. 460–467. DOI: 10.1016/j.molstruc.2015.11.004

Tsutaoka T., Tsurunaga A., Koga N. Permeability and Permittivity Spectra of Substituted Barium Ferrites BaFe12−x(Ti0.5Co0.5)xO19 (x=0 to 5). J. Magn. Magn. Mater., 2016, vol. 399, pp. 64–71. DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.09.032

Chen J., Meng P., Wang M., Zhou G., Wang X., Xu G. Electromagnetic and Microwave Absorption Properties of BaMgxCo1−xTiFe10O19. J. Alloys Compd, 2016, vol. 679, pp. 335–340. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.04.001

Baniasadi A., Ghasemi A., Nemati A., Azami Ghadikolaei M., Paimozd E. Effect of Ti–Zn Substitution on Structural, Magnetic and Microwave Absorption Characteristics of Strontium Hexaferrite. J. Alloys Compd, 2014, vol. 583, pp. 325–328. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.08.188

Chawla S.K., Mudsainiyan R.K., Meena S.S., Yusuf S.M. Sol–gel Synthesis, Structural and Magnetic Properties of Nanoscale M-type Barium Hexaferrites BaCoxZrxFe(12−2x)O19. J. Magn. Magn. Mater., 2014, vol. 350, pp. 23–29. DOI: 10.1016/j.jmmm.2013.09.007

Soman V.V, Nanoti V.M., Kulkarni D.K. Dielectric and Magnetic Properties of Mg–Ti Substituted Barium Hexaferrite. Ceram. Int., 2013, iss. 5, vol. 39, pp. 5713–5723. DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.12.089

Vakhitov M.G., Klygach D.S., Vinnik D.A., Zhivulin V.E., Knyazev N.S. Microwave Properties of Aluminum-substituted Barium Hexaferrite BaFe12-xAlxO19 ceramics in the Frequency Range of 32–50 GHz. J. Alloys Compd, 2020, vol. 816. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152682

Setiadi E.A., Sari F.P., Sari A.Y., Ramlan R., Sebayang P. Microstuctures and Magnetic Properties of BaFe12O19 with MgO-Al2O3 Additives. Widyariset, 2016, iss. 1, vol. 2, pp. 1. DOI: 10.14203/widyariset.2.1.2016.1-8

Shams M.H., Salehi S.M.A., Ghasemi A. Electromagnetic Wave Absorption Characteristics of Mg-Ti Substituted Ba-hexaferrite. Mater. Lett., 2008, iss. 10–11, vol. 62, pp. 1731–1733. DOI: 10.1016/j.matlet.2007.09.073

Setiadi E.A., Kurniawan C., Sebayang P., Ginting M. Microstructures, Physical and Magnetic Properties of BaFe12O19 Permanent Magnets with the Addition of Al2O3-MnO. J. Phys.: Conf. Ser., 2017, vol. 817, pp. 12054. DOI: 10.1088/1742-6596/817/1/012054

Vu H., Nguyen D., Fisher J.G., Moon W.-H., Bae S., Park H.-G., Park B.-G. CuO-based Sintering Aids for Low Temperature Sintering of BaFe12O19 Ceramics. J. Asian Ceram. Soc., 2013, iss. 2, vol. 1, pp. 170–177. DOI: 10.1016/j.jascer.2013.05.002

El Shater R.E., El-Ghazzawy E.H., El-Nimr M.K. Study of the Sintering Temperature and the Sintering Time Period Effects on the Structural and Magnetic Properties of M-type Hexaferrite BaFe12O19. J. Alloys Compd, 2018, vol. 739, pp. 327–334. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.12.228

Vinnik D., Tarasova A., Zherebtsov D., Gudkova S., Galimov D., Zhivulin V., Trofimov E., Nemrava S., Perov N., Isaenko L., Niewa R. Magnetic and Structural Properties of Barium Hexaferrite BaFe12O19 from Various Growth Techniques. Materials, 2017, iss. 6, vol. 10, pp. 578. DOI: 10.3390/ma10060578

Vinnik D., Zhivulin V., Trofimov E., Starikov A., Zherebtsov D., Zaitseva O., Gudkova S., Taskaev S., Klygach D., Vakhitov M., Sander E., Sherstyuk D., Trukhanov A. Extremely Polysubstituted Magnetic Material Based on Magnetoplumbite with a Hexagonal Structure: Synthesis, Structure, Properties, Prospects. Nanomaterials, 2019, iss. 4, vol. 9, pp. 559. DOI: 10.3390/nano9040559

Gudkova S.A., Chernukha A.S., Vinnik D.A. The Thermal Expansion of Solid State BaFe12O19 and Flux Ba0.8Pb0.2Fe12O19 Pellets. Solid State Phenom., 2017, vol. 265, pp. 906–910. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.906

Townes W.D., Fang J.H., Perrotta A.J. The Crystal Structure and Refinement of Ferrimagnetic Barium Ferrite, BaFe12O19. Z. Krystallog, 1967, iss. 125, vol. 125, pp. 437–449. DOI: 10.1524/zkri.1967.125.125.437


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.