Влияние замещения железа алюминием и титаном в гексаферрите бария BaFe(12–2x)TixAlxO19 на структуру и свойства

Abstract

Изучение ферритов на сегодняшний день является одним из актуальных научных направлений, что подтверждается большим количеством публикаций по данной теме. Ферриты являются востребованным материалом для применения в высокочастотной электронике. Для СВЧ электроники наиболее перспективными являются ферриты, имеющие структуру магнетоплюмбита, такие как гексаферрит бария BaFe12O19 и твердые растворы на его основе. Замещение атомов железа в структуре гексаферрита бария другими элементами, такими как алюминий или титан, приводит к значительному изменению физических свойств, таких как магнитная проницаемость, намагниченность насыщения, коэрцитивная сила, температура Кюри, частота ферромагнитного резонанса, электрическая проводимость. Таким образом, понимание того, как каждый из замещающих железо элементов влияет на физические свойства твердого раствора на основе гексаферрита бария, дает нам возможность плавно настраивать характеристики феррита под конкретную инженерную задачу. Данная работа посвящена изучению влияния замещения атомов железа в структуре гексаферрита бария атомами алюминия и титана на изменение параметров кристаллической решетки и физических свойств. Методом твердофазного синтеза были получены монофазные образцы на основе гексаферрита бария составов BaFe12O19, BaFe11AlO19, BaFe11TiO19 и BaFe11Al0,5Ti0,5O19. Степень замещения железа алюминием, титаном и совместным замещением алюминием и титаном была одинакова для всех образцов. Полученные в результате спекания образцы изучали методами рентгенофазового анализа, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, и дифференциальной сканирующей калориметрии. По данным рентгеноструктурного анализа были выявлены закономерности изменения параметров кристаллической решетки от замещающего атома. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии измерена температура Кюри для всех исследуемых образцов. Сделаны выводы о влиянии замещающего элемента на значение температуры Кюри. The study of ferrites is currently one of the most important directions in scientific field, which is confirmed by a large number of publications on this topic. Ferrites are promising mate-rials to be used in high-frequency electronics. The ferrite with the structure of magnetoplumbite is the most promising for the needs of microwave electronics, namely, barium hexaferrite BaFe12O19, as well as solid solutions based on it. The substitution of iron atoms in the structure of barium hexaferrite by other elements such as aluminum or titanium leads to significant changes in physical properties such as magnetic permeability, saturation magnetization, coercive force, Curie temperature, ferromagnetic resonance frequency, electrical conductivity. Thus, understanding how each of the iron-substituting elements affects the physical properties of a solid solution based on barium hexaferrite gives us the opportunity to smoothly adjust the characteristics of ferrite for a specific engineering task. The present paper studies the effect of the substitution of iron in the structure of barium hexaferrite by the aluminum and titanium atoms upon the change in parameters of the crystal lattice and physical properties. Monophase samples based on barium hexa-ferrite of the BaFe12O19, BaFe11AlO19, BaFe11TiO19, and BaFe11Al0.5Ti0.5O19 compositions were obtained by the solid-phase synthesis. The degree of substitution of iron by aluminum or titanium, as well as joint substitution by aluminum and titanium was the same for all samples. The re-sulting samples were studied by X-ray diffractometry, electron microscopy, and differential scan-ning calorimetry. According to the X-ray diffraction analysis data, the patterns of changes in para-meters of the crystal lattice were revealed following the atom substitution. The Curie temperature for all the studied samples was measured by the method of differential scanning calorimetry. Con-clusions are drawn about the influence of the substituting element on the Curie temperature value.