Введение к работе
Актуальность темы. Гексагональные ферриты широко применяются для изготовления постоянных магнитов. Феррит-стронциевые магниты обеспечивают лучшие свойства по сравнению с магнитами на основе гексаферрита бария. Производство ферритовых стронциевых порошков экологически безопасно. Отходы технологических процессов, образующиеся в процессе производства, утилизируются.
Образцы гексагональных ферритов стронция, синтезированных с использованием криохимической технологии, отличаются меньшим размером частиц. Уменьшение размеров частиц приводит к существенному возрастанию влияния поверхности и приповерхностного слоя на магнитные характеристики материала: наблюдается увеличение коэрцитивной силы и магнитной энергии. Улучшение магнитных характеристик позволит расширить применение ферритовых магнитов в тех областях, где они конкурируют с более дорогими и мощными магнитами на основе редкоземельных металлов. Уменьшение размеров частиц в ферритовом порошке позволит, например, эффективнее использовать его для метода магнитопорошковой дефектоскопии.
В настоящее время отсутствуют систематические исследования, позволяющие установить закономерности в образовании частиц гексаферрита с определенными геометрическими и магнитными свойствами. Получение порошков с узким распределением частиц по размерам и обладающих высокими значениями коэрцитивной силы традиционными методами затруднено. Основные проблемы, возникающие при использовании керамической технологии, связаны со сложностью получения однофазных материалов, а также необходимостью синтеза при довольно высоких температурах (свыше 1300 С для структуры типа W).
Использование криохимической технологии позволяет снизить температуру образования гексаферритов W-типа, добиться при этом однофазности и
получить порошки с размерами частиц в субмикронном диапазоне с узким распределением по размерам.
Химический состав гексаферритов влияет на процессы кристаллизации и физические свойства получаемых материалов. Варьирование состава при различных условиях синтеза позволяет контролировать размер и формы образующихся частиц гексаферритов. Как следствие, это позволяет контролировать магнитные свойства таких материалов.
Цель работы. Установление структуры и физической природы свойств замещенных ферритов стронция W-типа в зависимости от их химического состава и условий синтеза.
Реализация поставленной цели включала в себя решение комплекса задач:
- синтез образцов гексагональных ферритов W-типа состава
SrNixCo2-xFei6027 (х = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) с использованием криохимической
технологии;
определение кристаллической структуры синтезированных образцов;
установление зависимости размеров и морфологии частиц гексаферрита стронция от условий синтеза;
экспериментальное исследование характера влияния химического состава и структуры образцов гексаферритов стронция на их магнитные свойства;
определение изменения плотности образцов гексаферритов в зависимости от химического состава и условий синтеза.
Решение указанных задач осуществлялось с использованием комплекса инструментальных методов исследования: рентгеновской дифрактометрии, магнитных измерений, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии.
Научная новизна результатов. Впервые с использованием криохимиче-ской технологии синтезированы образцы гексагональных ферритов стронция W-типа состава SrNixCo2-xFei6027 (х=0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1). Показано, что образование W-фазы возможно во всей исследованной области составов. Выявлено возникновение упорядочения катионов и его влияние на увеличение размеров частиц ферритов. Установлена взаимосвязь магнитных свойств полученных образцов с химическим составом, микроструктурой и магнитными свойствами.
Практическая значимость. В результате синтеза , прессования и спекания можно получить постоянный магнит улучшенного по отношению к магнитам, изготовленным по традиционной технологии, качества (в частности, с увеличенными значениями коэрцитивной силы и магнитного произведения). Увеличенная магнитная энергия позволит добиться более высокого КПД электрических машин, увеличенной прижимной силы (для прижимных устройств) при тех же геометрических размерах.
Достоверность полученных результатов и методов. Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается адекватностью используемых в исследовании методов исследования поставленной задаче, корректностью обработки экспериментальных данных, а также соответствием полученных результатов известным теоретическим положениям и некоторым экспериментальным данным.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
С использованием криохимической технологии возможен синтез гексагональных ферритов стронция W-типа состава SrNixCo2-xFei6027 (х=0;0,2;0,4;0,6;0,8;1).
-
В процессе отжига при температуре 1200 - 1300 С в поликристаллических образцах W-гексаферритов формируются субмикронные пластинчатые частицы.
-
Размеры частиц в образцах состава SrNixCo2-xFei6027 возрастают с ростом температуры, продолжительности отжига и увеличении х.
-
Параметр решётки а с увеличением температуры отжига увеличивается, а параметр с - уменьшается, что связано с процессами кристаллографического упорядочения катионов в кристаллической решётке гексаферрита.
-
Коэрцитивная сила образцов уменьшается с ростом температуры отжига в связи с увеличением размеров частиц и переходом от однодоменного к многодоменному состоянию.
-
При увеличении х для составов SrNixCo2-xFei6027 коэрцитивная сила возрастает. Это происходит в результате того, что ионы никеля при замещении занимают тетраэдрические узлы и, следовательно, понижают средний момент ионов в этих узлах.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на российско-немецкой конференции. «Физика твёрдого тела» (Астрахань, июнь 2009), Международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «Астинтех-2010» (Астрахань, апрель 2010), Международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «Астинтех-2011» (Астрахань, октябрь 2011), VI научно-практической конференции «Нанотехнологии - производству - 2009» (Фрязино, декабрь 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и патент РФ «Способ производства постоянного магнита из порошка гексаферрита стронция»
Личный вклад автора. Автор настоящей работы принимал непосредственное участие в проведении синтеза и спекания образцов гексагональных ферритов, измерении коэрцитивной силы и намагниченности насыщения, определении точки Кюри, исследовании микроструктуры полученных образцов мето-
дами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Автором были проведены исследования фазового состава методом рентгеновской ди-фрактометрии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 150 страниц. Список используемых литературных источников содержит 120 наименований.
