Экспериментальное изучение возможности получения полизамещённых кристаллов со структурой гексаферрита М-типа в системе BaO-Fe₂O₃-Mn₂O₃- NiO-TiO₂-Al₂O₃

Abstract

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 электронномикроскопического 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. As part of the study of the possibility of structure formation and stabilization in a multicomponent system of high-entropy crystalline solid solutions with the structure of M-type hexaferrites the experimental series with the BaO-Fe₂O₃-Mn₂O₃-NiO-TiO₂-Al₂O₃ system were carried out. The system qualitative composition is due to the fact that according to literary data a part of the elements included in its composition increases the hexaferrite crystals anisotropy and increases the ferromagnetic resonance frequency, while others lower it. Consequently, it will be possible to change smoothly the ferromagnetic resonance frequency by adjusting the quantitative material composition and throughput, achieve the values required for this particular application. The charge composition for experimental samples was selected in such a way as to ensure the maximum configurational entropy of mixing. For this aim, the atomic content of Fe, Mn, Ni, Ti, and Al in the expected high- entropy phase with the formula Ba(Fe, Mn, Ni, Ti, Al)₁₂O₁₉ should be equal. In order to obtain Ba(Fe, Mn, Ni, Ti, Al)₁₂O₁₉ crystals, the possibilities were exploited using three different methods for synthesizing experimental samples - solid-phase sintering, melting in a platinum crucible and melting in a stainless steel crucible. According to SEM and EDX results the two main crystals types are hexagonal crystals, which apparently have an M-type hexaferrite structure, and octahedral crystals, which probably have an AB₂O₄ spinel structure. Based on this, it can be assumed that the formation in this system provides hexagonal polysubstituted crystals (apparently, with the structure of M-type hexaferrites) and the structures stabilization of that provides high values of the configurational mixing entropy of the crystal components.