ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЗАМЕЩЁННЫХ КРИСТАЛЛОВ СО СТРУКТУРОЙ ГЕКСАФЕРРИТА М-ТИПА В СИСТЕМЕ BaO–Fe2O3–Mn2O3–NiO–TiO2–Al2O3

О. В. Зайцева, В. Е. Живулин, Д. Е. Живулин, Д. П. Галкина, А. С. Чернуха, Ю. Д. Савина, А. Ю. Стариков

Аннотация


В рамках исследования возможности образования и стабилизации в многокомпонентной системе высокоэнтропийных кристаллических твёрдых растворов со структурой гексаферритов М-типа проведены эксперименты, объектом которых стала многокомпонентная оксидная система BaO–Fe2O3–Mn2O3–NiO–TiO2–Al2O3. Выбор качественного состава системы обусловлен тем, что, по литературным данным, часть элементов, входящих в ее состав, повышает анизотропию кристаллов гексаферритов и повышает частоту ферромагнитного резонанса, а другие – понижают. Следовательно, получив материал, включающий эти элементы, получим возможность, корректируя количественный состав материала, плавно менять частоту ферромагнитного резонанса и пропускную способность, добиваясь значений, которые требуются для данного конкретного приложения. Состав шихты для приготовления экспериментальных образцов подбирался таким образом, чтобы обеспечить максимум конфигурационной энтропии смешения. Для этого атомные доли Fe, Mn, Ni, Ti и Al в ожидаемой высокоэнтропийной фазе с формулой Ba(Fe, Mn, Ni, Ti, Al)12O19 должны быть равны.

С целью получения кристаллов Ba(Fe, Mn, Ni, Ti, Al)12O19 изучены возможности трёх разных методик синтеза экспериментальных образцов – твердофазного спекания, выплавки в платиновом тигле и выплавки в тигле из нержавеющей стали. В результате электронно-микроскопического и РСМА исследования образцов, полученных посредством первой и третьей методик проведения экспериментов, были обнаружены два основных типа кристаллов: гексагональные кристаллы, по-видимому, имеющие структуру гексаферрита M-типа, и октаэдрические кристаллы, вероятно, имеющие структуру шпинели AB2O4. Исходя из полученных результатов, следует считать возможным получение в данной системе гексагональных полизамещённых кристаллов (по-видимому, со структурой гексаферрита М-типа), включая кристаллы, стабилизации структуры которых способствуют высокие значения конфигурационной энтропии смешения компонентов кристаллической матрицы.


Ключевые слова


гексаферриты М-типа; высокоэнтропийные фазы; замещение атомов в кристаллической структуре; экспериментальное исследование

Полный текст:

PDF

Литература


Gao M.C., Yeh J.-W., Liaw P.K., Zhang Y. High-Entropy Alloys. Fundamentals and Applica-tions. Switzerland, Springer International Publ., 2016. 524 p. DOI: 10.1007/978-3-319-27013-5_5

Pogrebnyak A.D., Bagdasaryan A.A., Yakushchenko I.V., Beresnev V.M. The Structure and Properties of High-Entropy Alloys and Nitride Coatings Based on Them. Russian Chemical Reviews, 2014, vol. 83, no. 11, pp. 1027–1061. DOI: 10.1070/RCR4407

Jiang L., Lu Y.P., Jiang H., Wang T.M., Wei B.N., Cao Z.Q., Li T.J. Formation Rules of Single Phase Solid Solution in High Entropy Alloys. Materials Science and Technology, 2016, vol. 32, no. 6, pp. 588–592. DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000130

Shen W.J., Tsai M.H., Tsai K.Y., Juan C.C., Tsai C.W., Yeh J.W., Chang Y.S. Superior Oxida-tion Resistance of (Al0.34Cr0.22Nb0.11Si0.11Ti0.22)50N50 High-Entropy Nitride. Journal of the Electrochemi-cal Society, 2013, vol. 160, no. 11, pp. 531–535. DOI: 10.1149/2.028311jes

Ren B., Shen Z., Liu Z. Structure and Mechanical Properties of Multi-Element (AlCrMnMoNiZr)Nx Coatings by Reactive Magnetron Sputtering. Journal of Alloys and Compounds, 2013, vol. 560, pp. 171–176. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.01.148

Sheng W., Yang X., Wang C., Zhang Y. Nano-Crystallization of High-Entropy Amorphous NbTiAlSiWxNy Films Prepared by Magnetron Sputtering. Entropy, 2016, vol. 18, no. 6, pp. 226–231. DOI: 10.3390/e18060226

Yalamanchili K., Wang F., Schramm I.C., Andersson J.M., Jöesaar M.P.J., Tasnádi F., Mücklich F., Ghafoor N., Odén M. Exploring the High Entropy Alloy Concept in (AlTiVNbCr)N. Thin Solid Films, 2017, vol. 636, pp. 346–352. DOI: 10.1016/j.tsf.2017.06.029

Gild J., Zhang Y., Harrington T., Jiang S., Hu T., Quinn M.C., Mellor W.M., Zhou N., Vecchio K., Luo J. High-Entropy Metal Diborides: A New Class of High-Entropy Materials and a New Type of Ul-trahigh Temperature Ceramics. Scientific Reports, 2016, vol. 6, 37946. DOI:10.1038/srep37946

Lin M.-I., Tsai M.-H., Shen W.-J., Yeh J.-W. Evolution of Structure and Properties of Multi-Component (AlCrTaTiZr)Ox Films. Thin Solid Films, 2010, vol. 518, no. 10, pp. 2732–2737. DOI: 10.1016/j.tsf.2009.10.142

Rost C.M., Sachet E., Borman T., Moballegh A., Dickey E.C., Hou D., Jones J.L., Curtarolo S., Maria J.-P. Entropy-Stabilized Oxides. Nature Communications, 2015, no. 6, 8485. DOI: 10.1038/ncomms9485

Bérardan D., Franger S., Dragoe D., Meena A.K., Dragoe N. Colossal Dielectric Constant in High Entropy Oxides. Rapid Research Letters, 2016, vol.10, no. 4, pp. 328–333. DOI: 10.1002/pssr.201600043

Sarkar A., Djenadic R., Usharani N.J., Sanghvi K.P., Chakravadhanula V.S.K., Gandhi A.S., Hahn H., Bhattacharya S.S. Nanocrystalline Multicomponent Entropy Stabilised Transition Metal Ox-ides. Journal of the European Ceramic Society, 2017, vol. 37, no. 2, pp. 747–754. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.09.018

Berardan D., Franger S., Meena A.K., Dragoe N. Room Temperature Lithium Superionic Con-ductivity in High Entropy Oxides. Journal of Materials Chemistry A, 2016, vol. 4, no. 24, pp. 9536–9541. DOI: 10.1039/C6TA03249D

Rak Zs., Rost C.M., Lim M., Sarker P., Toher C., Curtarolo S., Maria J.-P., Brenner D.W. Charge Compensation and Electrostatic Transferability in Three Entropy-Stabilized Oxides: Results from Density Functional Theory Calculations. Journal of Applied Physics, 2016, vol. 120, no. 9. DOI: 10.1063/1.4962135

Rost C.M., Rak Z., Brenner D.W., Maria J.-P. Local Structure of the MgxNixCoxCuxZnxO (x=0.2) Entropy-Stabilized Oxide: An EXAFS Study. Journal of the American Ceramic Society, 2017, vol. 100, no. 6, pp. 2732–2738. DOI: 10.1111/jace.14756

Berardan D., Meena A.K., Franger S., Herrero C., Dragoe N. Controlled Jahn-Teller Distortion in (MgCoNiCuZn)O-Based High Entropy Oxides. Journal of Alloys and Compounds, 2017, vol. 704, pp. 693–700. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.02.070

Sarkar A., Loho C., Velasco L., Thomas T., Bhattacharya S.S., Hahn H., Djenadic R.R. Multicomponent Equiatomic Rare Earth Oxides with Narrow Band Gap and Associated Praseodym-ium Multivalency. Dalton Transactions, 2017, vol. 46, no. 36, pp. 12167–12176. DOI: 10.1039/C7DT02077E

Djenadic R., Sarkar A., Clemens O., Loho Ch., Botros M., Chakravadhanula V.S.K., Kübel Ch., Bhattacharya S.S., Gandhi A.S., Hahn H. Multicomponent Equiatomic Rare Earth Oxides. Materials Research Letters, 2017, vol. 5, no. 2, pp. 102–109. DOI: 10.1080/21663831.2016.1220433

Tsau Ch.-H., Hwang Zh.-Y., Chen S.-K. The Microstructures and Electrical Resistivity of (Al, Cr, Ti)FeCoNiOx High-Entropy Alloy Oxide Thin Films. Advances in Materials Science and Engi-neering. 2015, vol. 2015, pp. 1–6. DOI: 10.1155/2015/353140

Dąbrowa J., Stygar M., Mikuła A., Knapik A., Mroczka K., Tejchman W., Danielewski M., Martin M. Synthesis and Microstructure of the (Co,Cr,Fe,Mn,Ni)3O4 High Entropy Oxide Characterized by Spinel Structure. Materials Letters, 2018, vol. 216, pp. 32–36. DOI: 10.1016/j.matlet.2017.12.148

Jiang S., Hu T., Gild J., Zhou N., Nie J., Qin M., Harrington T., Vecchio K., Luo J. A New Class of High-Entropy Perovskite Oxides. Scripta Materialia, 2018, vol. 142, pp. 116–120. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.08.040

Sarkar A., Djenadic R., Wang D., Hein Ch., Kautenburger R., Clemens O., Hahn H. Rare Earth and Transition Metal Based Entropy Stabilized Perovskite Type Oxides. Journal of the European Ce-ramic Societ, 2018, vol. 38, no. 5, pp. 2318–2327. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.058

Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Perov N.S., Semisalova A.S., Krivtsov I.V., Isaenko L.I., Mikhailov G.G., Niewa R. Ti-Substituted BaFe12O19 Single Crystal Growth and Characterization. Crystal Growth and Design, 2014, vol. 14, no. 11, pp. 5834–5839. DOI: 10.1021/cg501075c

Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Bischoff M., Perov N.S., Semisalova A.S., Krivtsov I.V., Isayenko L.I., Mikhailov G.G., Niewa R. Growth, Structural and Mag-netic Characterization of Al-substituted Barium Hexaferrite Single Crystals. Alloys and Compounds, 2015, vol. 615, pp. 1043–1046. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.07.126

Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Semisalova A.S., Galimov D.M., Isaenko L.I., Niewa R. Growth, Structural and Magnetic Characterization of Co- and Ni-Substituted Barium Hexaferrite Single Crystals. Alloys and Compounds, 2015, vol. 628, pp. 480–484. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.12.124

Vinnik D.A., Ustinov A.B., Zherebtsov D.A., Vitko V.V., Gudkova S.A., Zakharchuk I., Läh-deranta E., Niewa R. Structural and Millimeter-wave Characterization of Flux Grown Al Substituted Barium Hexaferrite Single Crystals. Ceramics International, 2015, vol. 41, no. 10, pp. 12728–12733. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.06.105

Nemrava S., Vinnik D.A., Hu Z., Valldor M., Kuo C.-Y., Zherebtsov D.A., Gudkova S.A., Chen C.-T., Tjeng L.H., Niewa R. Three Oxidation States of Manganese in the Barium Hexaferrite BaFe12-xMnxO19. Inorganic Materials, 2017, vol. 56, pp. 3861–3866. DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b02688

Vinnik D.A., Ustinova I.A., Ustinov A.B., Gudkova S.A., Zherebtsov D.A., Trofimov E.A., Za-beivorota N.S., Mikhailov G.G., Niewa R. Millimeter-wave Characterization of Aluminum Substitu¬ted Barium Lead Hexaferrite Single Crystals Grown from PbO–B2O3 Flux. Ceramics International, 2017, vol. 17, pp. 15800–15804. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.145

Vinnik D.A., Klygach D.S., Zhivulin V.E., Malkin A.I., Vakhitov M.G., Gudkova S.A., Gali-mov D.M., Zherebtsov D.A., Trofimov E.A., Knyazev N.S., Atuchin V.V., Trukhanov S.V., Trukhanov A.V. Electromagnetic Properties of BaFe12O19:Ti at Centimeter Wavelengths. Journal of Alloys and Compounds, 2018, vol. 755, pp. 177–183. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.04.315

Trukhanov S.V., Trukhanov A.V., Turchenko V.A., Trukhanov A.V., Tishkevich D.I., Tru¬khanova E.L., Zubar T.I., Karpinsky D.V., Kostishyn V.G., Panina L.V., Vinnik D.A., Gudkova S.A., Trofimov E.A., Thakur P., Thakur A., Yang Y. Magnetic and Dipole Moments in Indium Doped Barium Hexaferrites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2018, vol. 457, pp. 83–96. DOI: 10.1016/j.jmmm.2018.02.078




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met190204

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share