This article presents an investigation on phase equilibria of barium hexaferrite and neighboring phases near its melting point and on the characteristics of the compounds in the vicinity of BaFe12O19 phase

Винник, Д. А.

Живулин, В. Е.

Чернуха, С. А.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XIV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» 157  Россия, Томск, 25-28 апреля 2017 г. Том 2. Химия  ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ BaO-Fe2O3 ВБЛИЗИ СОСТАВА BaFe12O19 Д.А. Винник, С.А. Чернуха, В.Е. Живулин Научный руководитель: профессор, д.т.н. Г.Г. Михайлов Южно-Уральский государственный университет (НИУ) Россия, г. Челябинск, пр. Ленина, 76, 454080 E-mail: vinnikda@susu.ru  INVESTIGATION OF BaO-Fe2O3 SYSTEM NEAR THE BaFe12O19 D.A. Vinnik, A.S. Chernukha, V.E. Zhivulin Scientific Supervisor: Prof., Dr. G.G. Mikhailov South Ural State University, Russia, Chelyabinsk, Lenin prospect. 76, 454080 E-mail: vinnikda@susu.ru  Abstract. This article presents an investigation on phase equilibria of barium hexaferrite and neighboring phases near its melting point and on the characteristics of the compounds in the vicinity of BaFe12O19 phase. Fe3O4, BaFe22+Fe163+O27 (W type), BaFe2+Fe143+O23 (X type), BaFe12O19 (M type), Ba2Fe22+Fe123+O22 (Y type), Ba3Fe22+Fe243+O41 (Z type) and BaFe2O4 (S type) were detected in the molten and solidified stoichiometric BaFe12O19.   Введение. Вопрос о характере плавления гексаферрита бария и вида диаграммы состояния BaO-FeOx до настоящего времени остается дискуссионным. Несмотря на значительный период времени исследований системы BaO–Fe2O3 и её практическое значение до настоящего времени диаграмма состояния этой системы (включая указанный интервал) изучена недостаточно. Целью настоящего исследования является уточнение некоторых характеристик фазовой диаграммы системы BaO–FeOx в окрестности области существования BaFe12O19. Материалы и методы исследования. Для выяснения характера плавления BaFe12O19 был проведен высокотемпературный эксперимент по контролируемой кристаллизации расплава стехиометрического состава. В качестве исходных компонентов использовали BaCO3 и Fe2O3. После предварительного прокаливания компонентов шихту взвешивали и перетирали в агатовой ступе. Затем проводили предварительный отжиг при температуре 1100 °С в течение 3 ч. После предварительного отжига спеченный материал перетирали повторно в агатовой ступе и помещали в платиновую лодочку. Нагрев печи до температуры 1300 °С осуществляли со скоростью 500 °С/ч. После этого скорость нагрева снижали до 50 °С/ч и нагревали образец до 1600 °С. После выдержки в течение 1 часа при максимальной температуре печь охлаждали со скоростью 50 °С/ч до температуры 1300 °С. Затем печь выключали. Полученный слиток отделяли от платиновой лодочки. Морфологию слитка и химический состав исследовали на растровом электронном микроскопе Jeol JSM7001F, оснащенном энергодисперсионным рентгенофлуоресцентным спектрометром Oxford INCA X-max 80 для элементного анализа. Результаты. На поверхности слитка присутствует четыре фазы - BaFe2O4, BaFe12O19, BaFe18O27 и Fe3O4. Основной фазой на поверхности слитка является BaFe18O27. Она представлена наиболее крупными XIV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» 158  Россия, Томск, 25-28 апреля 2017 г. Том 2. Химия  первичными пластинчатыми кристаллами гексагональной огранки, достигающими в длину 1,5 мм и 0,1 мм в толщину (Рис. 1, Рис. 2).     Рис. 1.  Морфология областей кристаллизации фаз BaFe18O27 и Fe3O4 (изображения получены в режиме отраженных электронов). (а) в левой части – крупные первичные кристаллы BaFe18O27, в правой – область мелких первичных кристаллов Fe3O4. (б) увеличенный участок с первичными кристаллами Fe3O4    Рис. 2. Ступени роста и винтовые дислокации на поверхности монокристаллов BaFe18O27  Результаты исследования поверхности слитка приведены на Рис. 3, химического состава компонентов эвтектикиОшибка! Источник ссылки не найден.. Обнаружено, что малые примеси сравнительно кислых оксидов Al и Si предпочитают концентрироваться в фазе BaFe2O4 с более высоким содержанием оксида бария. Элементный состав был взят как среднее из значений, полученных по шести микроучасткам в каждой из трех колоний, расположенных в разных областях слитка, т.о. было проанализировано 18 микроучастков каждой из фаз. Составы в разных микроучастках хорошо согласуются между собой. Поскольку малые по размеру ионы алюминия и кремния замещают почти XIV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» 159  Россия, Томск, 25-28 апреля 2017 г. Том 2. Химия  исключительно позиции железа, то при расчете отношения числа позиций железа и бария в формуле феррита можно суммировать атомные доли алюминия, кремния и железа (Fe+Al+Si)/Ba. При этом состав BaFe2O4 оказывается практически полностью соответствующим стехиометрической формуле ((Fe+Al+Si)/Ba=2,01). Состав гексаферрита, равновесный с BaFe2O4, напротив, значительно смещен в сторону бария. Соотношение (Fe+Al+Si)/Ba равно 11,02.    Рис. 3. Морфология пластинчатых колоний эвтектики BaFe12O19 - BaFe2O4 (изображения получены в режиме отраженных электронов)  Заключение. Сравнивая экспериментальные значения отношения концентрации железа к барию с теоретическими, следует отметить, что, с одной стороны, энергодисперсионный анализатор позволяет с достаточной точностью определять содержание химических элементов в фазах системы Ba-Fe-O.  В то же время, малый размер зерен соседствующих фаз вызывает при измерении состава вклад в рентгеновский спектр от соседних зерен, что вносит некоторую ошибку в измеряемые концентрации элементов исследуемого микроучастка. Именно этим можно объяснить сложности разделения фаз W/X и Y/Z ферритов, а также отклонения экспериментальных и теоретических данных отношения Fe/Ba. С точки зрения анализа и совершенствования технологии выращивания кристаллов BaFe12O19 из раствора ключевыми фрагментами диаграммы является линия ликвидуса на участке BaFe2O4–Fe2O3. Особенный интерес представляет положение линии ликвидуса отражающей равновесие расплава с твёрдым гексаферритом. Анализ полученных данных о кристаллизации фаз из расплава стехиометрического состава BaFe12O19 свидетельствует об инконгруэнтном характере его плавления.  

Investigation of BaO-Fe2O3 system near the BaFe12O19

http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/44510/1/conference_tpu-2017-C21_V2_p157-159.pdf

Investigation of BaO-Fe2O3 system near the BaFe12O19

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University