Аннотация:Увеличение коэрцитивной силы (HC) магнитных ферритов – очень важная, но
сложная задача, решение которой необходимо для расширения области их применения.
Частичное замещение атомов железа в структуре гексаферритов М-типа на алюминий
63
(MFe12-xAlxO19, M = Pb, Ba, Sr) долгое время вызывало интерес ученых возможностью регулирования
коэрцитивной силы материала в широких пределах. Однако для получения
гексаферритов с высоким содержанием алюминия (x > 2), необходимо проведение синтеза
при высоких температурах, что, как правило, приводит к образованию полидоменных
частиц и падению коэрцитивной силы. Таким образом, до недавнего времени не было получено
гексаферритов с HС выше 13 кЭ. В 2012 году было сообщено о получении гексаферрита
SrFe8Al4O19 c HC = 18.1 кЭ, однако намагниченность насыщения данного материала
была существенно ниже теоретической.
Целью настоящей работы является получение однодоменных частиц гексаферрита
стронция с высокими степенями замещения ионов железа алюминием и изучение их магнитных
свойств. Были поставлены следующие задачи: 1) разработать методику синтеза
однофазных образцов SrFe12-xAlxO19 и Sr1-x/12Cax/12Fe12-xAlxO19 (x = 0 – 6) с однодоменными
частицами; 2) определить фазовый состав образов и морфологию частиц в зависимости
от химического состава шихты, температуры и продолжительности отжига; 3) исследовать
магнитные свойства полученных образцов: магнитные гистерезисы, температуры
Кюри, поглощение миллиметрового электромагнитного излучения; 4) установить особенности
кристаллической структуры образов в зависимости от состава и определить их
влияние на магнитные свойства.
Для синтеза образцов была разработана модификация цитратно-нитратного метода
гомогенизации. Лимонную кислоту и нитраты металлов (Sr, Ca, Fe, Al) в мольном соотношении
3:1 растворяли в дистиллированной воде. Далее растворы подвергали упариванию
на песчаной бане. При этом происходило самовозгорание цитратного расплава. Полученный
пористый прекурсор отжигали в платиновом тигле при температурах 900 –
1400°С и различных временах выдержки. Магнитные гистерезисы были получены методами
СКВИД- и вибрационной магнетометрии в магнитных полях до 9 Тл при 5 – 300 К.
Кристаллическая и магнитная структуры образов были исследованы с помощью порошковой
дифракции синхротронного рентгеновского (ESRF, Гренобль, НИЦ КИСИ), а также
нейтронного (ФДВР, ОИЯИ, Дубна) излучений. Поглощение миллиметрового излучения
было изучено с помощью терагерцовой спектроскопии в диапазоне 100 – 400 ГГц.
Размеры полученных частиц гексаферритов варьируются в интервале от 50 до 600
нм, что меньше критического диаметра магнитного домена для гексаферрита. Увеличение
содержания алюминия в гексаферрите приводит к падению намагниченности насыщения,
росту коэрцитивной силы и частоты ферромагнитного резонанса (ФМР). В серии
Sr1-x/12Cax/12Fe12-xAlxO19 коэрцитивная сила достигает 36 кЭ, а частота ФМР 250 ГГц. Образцы,
содержащие кальций, проявляют значительно более высокие коэрцитивные силы
при той же намагниченности насыщения. Для образца Sr0.54Ca0.46Fe6.5Al5.5O19 с уменьшением
температуры коэрцитивная сила проходит через максимум при 180 К, достигая 42
кЭ, что на 17% выше, чем при комнатной температуре. Ориентирование частиц данного
образца в полимере приводит к росту HС до 40 кЭ при MR/MS = 0.9.
Таким образом, были получены однодоменные частицы гексаферритов
SrFe12-xAlxO19 и Sr1-x/12Cax/12Fe12-xAlxO19 (x = 0 – 6), которые проявляют рекордные среди
ферритов значения коэрцитивной силы и частоты ФМР.