Кристаллическая и микроструктура соединения La2CoMnO6, полученного методом "раствора-геля" (стр. 1 из 3)
Московский Государственный Университет
имени М.В. Ломоносова
Реферат на тему:
"КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ И МИКРОСТРУКТУРА СОЕДИНЕНИЯ La2CoMnO6, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ «РАСТВОРА-ГЕЛЯ"
2000
Использование в качестве магнитных материалов на ряду с металлическими магнитами гексаферрита стронция SrFe12O19 и бария BaFe12O19 обусловлено их относительной дешевизной [1]. При этом достижение высоких магнитных свойств используемых материалов осуществляется за счет совершенствования технологии их изготовления.
Основными параметрами, определяющими магнитные свойства ферритового порошка, являются: состав, плотность, размер частиц и распределение их по размерам [2], а также форма частиц, структурное совершенство и наличие ростовой текстуры [3]. Все перечисленные параметры, характеризующие указанный материал, в свою очередь зависят от природы и качества исходных компонентов, технологии и условий синтеза [4]. Ранее проведенные исследования показали пригодность местного сырья - Fe2O3 из отходов производства Белорусского металлургического завода (БМЗ) - для получения порошка гексаферрита стронция [5].При производстве SrFe12O19 обычно используют составы с определенным отклонением от стехиометрического соотношения между катионами в двух разных подрешетках n(Fe2O3/SrСO3) < 6 [6]. Для улучшения свойств используют также замещение части катионов Fe3+ катионами других 3d-металлов. Это позволяет получить различные типы магнитного упорядочения при сохранении одной и той же кристаллической структуры. Получение оптимальных магнитных и технологических параметров требует полной информации о влиянии этих замещений. Особый интерес представляют исследования коррелированных неизовалентных замещений парой Me13+-Me22+ с сохранением электронейтральности [7]. Эти катионы могут входить в кристаллическую решетку гексаферрита
, образуя твердые растворы замещения, как в позициях Fe3+, так и в позициях Sr2+. Такого рода заместителями являются, например, La3+ и Co2+ [8-10]. Целью настоящей работы являлось определение влияния на магнитные свойства малых (£ 2 %мас.) добавок CoO в нестехиометрических гексаферритах SrFe12-yO19 с y= 1.6 при n0 = 5.2 и y= 1 при n0 = 5.5.Для синтеза порошков гексаферрита SrFe12-yO19 использовали Fe2O3 (БМЗ), SrСO3 (ч) и CoO квалификации (осч). Для каждого из составов концентрации СоО составляли 0.0, 1.0, 1.5 и 2.0 %мас. Синтез осуществляли после помола в вибромельнице в течение 4 ч. Шихту засыпали в алундовые тигли и помещали в печь, нагретую до температуры синтеза. Составы и температурно-временные режимы синтеза были выбраны на основании ранее проведенных исследований [11], как близкие к оптимальным по магнитным свойствам для составов без добавки. Образцы закаляли на воздухе. После синтеза все образцы исследовали методом рентгенофазового анализа (РФА) в CuKα-излучении на установке ДРОН-3М при комнатной температуре с использованием программ полнопрофильного анализа рентгенограмм “FullProf” и “PowderCell” для определения фазового состава и степени ферритизации. Для магнитных измерений порошки прессовали в виде цилиндровÆ10 мм, h~ 10¸11 мм при давлении прессования 2000 кГ/см2. Измерения остаточной индукции Br и коэрцитивной силы Hcпроводили на гистерезисографе УИ.ФИ-400/5-003 при комнатной температуре.
Магнитные свойства гексаферритов стронция, легированных оксидами некоторых элементов, в существенной степени зависят от термостимулируемого взаимодействия между компонентами, определяющего особенности состояния компонентов на границе зерен. Предполагается, что наноразмерный слой (1-3 нм) зерен гексаферрита стронция отличается по структуре и составу от объема. Существует ряд микродобавок, улучшающих магнитные характеристики магнитов на основе гексаферритов стронция. Согласно имеющимся данным возможно как растворение вводимых микроэлементов в кристаллической структуре основной гексагональной фазы феррита, так и формирование отдельных фаз или кластерных образований в межкристаллитных зонах. Однако исчерпывающие представления о механизме их действия, основанные на экспериментальных данных, в литературе отсутствуют. Сложность изучения механизма влияния микродобавок на структуру и магнитные свойства гексаферритов обусловлена не только в их разноплановым воздействием на свойства, но, прежде всего, очень низкой их концентрацией, что требует разработки специальных методик исследования для установления состояния и возможного взаимодействия с основными компонентами сложнооксидной системы.
В данной работе рассматриваются методологические подходы к изучению микроструктуры гексаферритов стронция, морфологии зерен, характера распределения микродобавок и особенностей их химического и электронного состояния на поверхности кристаллитов и в объеме. Для получения этой информации применены высокочувствительные спектральные методы анализа поверхностного состояния твердого тела (РФЭС, Оже- и ИК-спектроскопии) в сочетании со структурными методами изучения строения веществ (РФА, СЭМ, РМА). Указанными выше спектральными методами исследовали поверхность свежеприготовленных сколов различных образцов гексаферритов стронция. Дополнительные сведения о характере распределения микроэлементов в образцах и их химическом состоянии получали из сравнительного анализа Оже- и РФЭ-спектров, записанных до и после травления поверхности сколов ионами аргона. ИК-спектры записывали методом диффузного отражения от исходных порошкообразных образцов гексаферритов и тонко диспергированных поверхностных слоев сколов спеченных образцов, содержащих микродобавки. Важно было установить, существует ли различие в ИК-спектрах исходного образца (без добавок) и поверхностного слоя зерен спеченного образца, в котором предположительно находятся микродобавки. Такое сравнительное исследование необходимо в связи со сложностью трактовки ИК-спектров твердых растворов сложнооксидных систем, для которых отсутствует удовлетворительная теоретическая база, поскольку возможно взаимодействие колебаний, появление смешанных колебаний, искажение ближайшего координационного окружения ионов при легировании другими ионами. В случае избыточного относительно стехиометрического содержания стронция в приповерхностном слое зерен, а также в присутствии легирующих добавок (бора, кремния, кальция и др.) возможны локальные деформации кристаллической решетки, изменения межатомных расстояний и электронной конфигурации катионов железа, что приводит к изменению характеристических частот колебаний связи Fe–O. Имеются данные о том, что наиболее высокая степень ковалентности связи Fe–O характерна для стехиометрического соотношения SrO:Fe2O3 = 1:6. Отклонение от этого соотношения в любую сторону повышает степень ионности связи Fe–O.
Исследовали исходные порошки гексаферритов стронция и спеченные изотропные и анизотропные образцы магнитных материалов, различающихся химической природой микродобавок (SiO2, H3BO3, CaCO3, SiO2∙Al2O3∙H2O, MnCO3, La2O3 и др.) и величиной магнитных параметров – остаточной магнитной индукции, коэрцитивной силы и максимальной магнитной энергии. Образцы для исследований были как специально приготовленные, так и предоставленные ОП РУП «Феррит».
Проведенное исследование показало эффективность применения предложенного комплексного подхода к исследованию состояния поверхности межкристаллитных границ и поверхностных слоев зерен. С использованием указанных методов получены данные о характере распределения легирующих компонентов в кристаллической решетке феррита и на поверхности кристаллитов, выявлены особенности валентного и электронного состояния основных и примесных элементов в поверхностном слое зерен, механизм их взаимодействия на границе зерен. Сочетание методов позволило установить тонкие структурные изменения, происходящие в поликристаллических образцах гексаферрита стронция в условиях их легирования разными микродобавками.
Установлена повышенная концентрация стронция и кальция в приповерхностном слое зерен гексаферрита относительно объема и преимущественное расположение Si, B, Al в межзеренном пространстве, выявлены структурные и концентрационные неоднородности в зернах с различными размерами и огранкой. Показано, что структурные и химические неоднородности характерны для магнитных материалов, обладающих высокими параметрами максимальной магнитной энергии и совершенной зернистой структурой. Как известно, размеры элементарной ячейки гексагональной фазы SrFe12O19 сопоставимы с глубиной анализа оксидных материалов методом РФЭС. Все структурные неоднородности в состоянии основных элементов, а также и легирующих элементов (при их преимущественно приповерхностном расположении), могут быть различимы методом РФЭС. В частности, выявлено несколько состояний легирующих добавок (В, Ca, Si). Так, наряду с окисленными состояниями B3+ (Есв В1s = 192,3 эВ) и Si4+ (ЕсвSi2p3/2 = 103 эВ) в поверхностном слое обнаруживаются состояния этих элементов со степенью окисления, близкой B0 (Есв В1s = 189,6 эВ) и Si0 (ЕсвSi2p3/2 = 99 эВ). Характер РФЭ-спектров Sr3d, Ca2p и Fe2p позволяет предположить образование в поверхностном слое зерен гексаферрита стронция связей M–B, M–Si (M ≡ Sr, Ca, Fe). Образование связей, характерных для силицидов (CaSi, FeSi, FeSi2 и др.), придает повышенную термическую стабильность дисперсному состоянию магнитов. Концентрация бора и кремния в исследованном образце такова, что не обеспечивает формирования отдельной металлоподобной фазы, которая могла бы оказать отрицательное влияние на магнитные свойства. Прослойка из взаимодействующих атомов основного состава и микродобавок с образованием связей M–B и M–Si в количестве, меньшем монослоя, оказывает стабилизирующее влияние на микроструктуру гексаферрита без изменения его магнитных свойств.