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

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

Автор: Зайцева Ольга Владимировна, Живулин Владимир Евгеньевич, Живулин Дмитрий Евгеньевич, Галкина Дарья Павловна, Чернуха Александр Сергеевич, Савина Юлия Дмитриевна, Стариков Андрей Юрьевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Металловедение и термическая обработка

Статья в выпуске: 2 т.19, 2019 года.

Бесплатный доступ

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 электронно-микроскопического 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.

Еще

Гексаферриты м-типа, высокоэнтропийные фазы, замещение атомов в кристаллической структуре, экспериментальное исследование

Короткий адрес: https://sciup.org/147232537

IDR: 147232537   |   DOI: 10.14529/met190204

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

  • Gao M.C., Yeh J.-W., Liaw P.K., Zhang Y. High-Entropy Alloys. Fundamentals and Applications. Switzerland, Springer International Publ., 2016. 524 p. DOI: 10.1007/978-3-319-27013-5_5
  • Pogrebnyak A.D., Bagdasaryan A.A., Yakushchenko I.V., Beresnev V.M. The Structure and Properties of High-Entropy Alloys and Nitride Coatings Based on Them // Russian Chemical Reviews, 2014, vol. 83, no. 11, pp. 1027-1061. DOI: 10.1070/RCR4407
  • Jiang L., Lu Y.P., Jiang H., Wang T.M., Wei B.N., Cao Z.Q., Li T.J. Formation Rules of Single Phase Solid Solution in High Entropy Alloys // Materials Science and Technology, 2016, vol. 32, no. 6, pp. 588-592. DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000130
  • Shen W.J., Tsai M.H., Tsai K.Y., Juan C.C., Tsai C.W., Yeh J.W., Chang Y.S. Superior Oxidation Resistance of (Al0.34Cr0.22Nb0.11Si0.11Ti0.22)50N50 High-Entropy Nitride // Journal of the Electrochemical Society, 2013, vol. 160, no. 11, pp. 531-535. DOI: 10.1149/2.028311jes
  • Ren B., Shen Z., Liu Z. Structure and Mechanical Properties of Multi-Element (AlCrMnMoNiZr)Nx Coatings by Reactive Magnetron Sputtering // Journal of Alloys and Compounds, 2013, vol. 560, pp. 171-176. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.01.148
  • Sheng W., Yang X., Wang C., Zhang Y. Nano-Crystallization of High-Entropy Amorphous NbTiAlSiWxNy Films Prepared by Magnetron Sputtering // Entropy, 2016, vol. 18, no. 6, pp. 226-231.
  • DOI: 10.3390/e18060226
  • Yalamanchili K., Wang F., Schramm I.C., Andersson J.M., Jöesaar M.P.J., Tasnádi F., Mücklich F., Ghafoor N., Odén M. Exploring the High Entropy Alloy Concept in (AlTiVNbCr)N // Thin Solid Films, 2017, vol. 636, pp. 346-352.
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2017.06.029
  • Gild J., Zhang Y., Harrington T., Jiang S., Hu T., Quinn M.C., Mellor W.M., Zhou N., Vecchio K., Luo J. High-Entropy Metal Diborides: A New Class of High-Entropy Materials and a New Type of Ultrahigh Temperature Ceramics // Scientific Reports, 2016, vol. 6, 37946.
  • DOI: 10.1038/srep37946
  • Lin M.-I., Tsai M.-H., Shen W.-J., Yeh J.-W. Evolution of Structure and Properties of Multi-Component (AlCrTaTiZr)Ox Films // Thin Solid Films, 2010, vol. 518, no. 10, pp. 2732-2737.
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2009.10.142
  • Rost C.M., Sachet E., Borman T., Moballegh A., Dickey E.C., Hou D., Jones J.L., Curtarolo S., Maria J.-P. Entropy-Stabilized Oxides // Nature Communications, 2015, no. 6, 8485.
  • DOI: 10.1038/ncomms9485
  • Bérardan D., Franger S., Dragoe D., Meena A.K., Dragoe N. Colossal Dielectric Constant in High Entropy Oxides // Rapid Research Letters, 2016, vol.10, no. 4, pp. 328-333.
  • DOI: 10.1002/pssr.201600043
  • Sarkar A., Djenadic R., Usharani N.J., Sanghvi K.P., Chakravadhanula V.S.K., Gandhi A.S., Hahn H., Bhattacharya S.S. Nanocrystalline Multicomponent Entropy Stabilised Transition Metal Oxides // Journal of the European Ceramic Society, 2017, vol. 37, no. 2, pp. 747-754.
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.09.018
  • Berardan D., Franger S., Meena A.K., Dragoe N. Room Temperature Lithium Superionic Conductivity in High Entropy Oxides // Journal of Materials Chemistry A, 2016, vol. 4, no. 24, pp. 9536-9541.
  • DOI: 10.1039/C6TA03249D
  • Rak Zs., Rost C.M., Lim M., Sarker P., Toher C., Curtarolo S., Maria J.-P., Brenner D.W. Charge Compensation and Electrostatic Transferability in Three Entropy-Stabilized Oxides: Results from Density Functional Theory Calculations // Journal of Applied Physics, 2016, vol. 120, no. 9.
  • DOI: 10.1063/1.4962135
  • Rost C.M., Rak Z., Brenner D.W., Maria J.-P. Local Structure of the MgxNixCoxCuxZnxO (x=0.2) Entropy-Stabilized Oxide: An EXAFS Study // Journal of the American Ceramic Society, 2017, vol. 100, no. 6, pp. 2732-2738.
  • DOI: 10.1111/jace.14756
  • Berardan D., Meena A.K., Franger S., Herrero C., Dragoe N. Controlled Jahn-Teller Distortion in (MgCoNiCuZn)O-Based High Entropy Oxides // Journal of Alloys and Compounds, 2017, vol. 704, pp. 693-700.
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.02.070
  • Sarkar A., Loho C., Velasco L., Thomas T., Bhattacharya S.S., Hahn H., Djenadic R.R. Multicomponent Equiatomic Rare Earth Oxides with Narrow Band Gap and Associated Praseodymium Multivalency // Dalton Transactions, 2017, vol. 46, no. 36, pp. 12167-12176.
  • DOI: 10.1039/C7DT02077E
  • Djenadic R., Sarkar A., Clemens O., Loho Ch., Botros M., Chakravadhanula V.S.K., Kübel Ch., Bhattacharya S.S., Gandhi A.S., Hahn H. Multicomponent Equiatomic Rare Earth Oxides // Materials Research Letters, 2017, vol. 5, no. 2, pp. 102-109.
  • DOI: 10.1080/21663831.2016.1220433
  • Tsau Ch.-H., Hwang Zh.-Y., Chen S.-K. The Microstructures and Electrical Resistivity of (Al, Cr, Ti)FeCoNiOx High-Entropy Alloy Oxide Thin Films // Advances in Materials Science and Engineering. 2015, vol. 2015, pp. 1-6.
  • DOI: 10.1155/2015/353140
  • Dąbrowa J., Stygar M., Mikuła A., Knapik A., Mroczka K., Tejchman W., Danielewski M., Martin M. Synthesis and Microstructure of the (Co,Cr,Fe,Mn,Ni)3O4 High Entropy Oxide Characterized by Spinel Structure. Materials Letters, 2018, vol. 216, pp. 32-36.
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2017.12.148
  • Jiang S., Hu T., Gild J., Zhou N., Nie J., Qin M., Harrington T., Vecchio K., Luo J. A New Class of High-Entropy Perovskite Oxides. Scripta Materialia, 2018, vol. 142, pp. 116-120.
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.08.040
  • Sarkar A., Djenadic R., Wang D., Hein Ch., Kautenburger R., Clemens O., Hahn H. Rare Earth and Transition Metal Based Entropy Stabilized Perovskite Type Oxides // Journal of the European Ceramic Societ, 2018, vol. 38, no. 5, pp. 2318-2327.
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.058
  • Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Perov N.S., Semisalova A.S., Krivtsov I.V., Isaenko L.I., Mikhailov G.G., Niewa R. Ti-Substituted BaFe12O19 Single Crystal Growth and Characterization // Crystal Growth and Design, 2014, vol. 14, no. 11, pp. 5834-5839.
  • DOI: 10.1021/cg501075c
  • Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Bischoff M., Perov N.S., Semisalova A.S., Krivtsov I.V., Isayenko L.I., Mikhailov G.G., Niewa R. Growth, Structural and Magnetic Characterization of Al-substituted Barium Hexaferrite Single Crystals // Alloys and Compounds, 2015, vol. 615, pp. 1043-1046.
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.07.126
  • Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Semisalova A.S., Galimov D.M., Isaenko L.I., Niewa R. Growth, Structural and Magnetic Characterization of Co- and Ni-Substituted Barium Hexaferrite Single Crystals // Alloys and Compounds, 2015, vol. 628, pp. 480-484.
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.12.124
  • Vinnik D.A., Ustinov A.B., Zherebtsov D.A., Vitko V.V., Gudkova S.A., Zakharchuk I., Lähderanta E., Niewa R. Structural and Millimeter-wave Characterization of Flux Grown Al Substituted Barium Hexaferrite Single Crystals // Ceramics International, 2015, vol. 41, no. 10, pp. 12728-12733.
  • DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.06.105
  • Nemrava S., Vinnik D.A., Hu Z., Valldor M., Kuo C.-Y., Zherebtsov D.A., Gudkova S.A., Chen C.-T., Tjeng L.H., Niewa R. Three Oxidation States of Manganese in the Barium Hexaferrite BaFe12-xMnxO19 // Inorganic Materials, 2017, vol. 56, pp. 3861-3866.
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b02688
  • Vinnik D.A., Ustinova I.A., Ustinov A.B., Gudkova S.A., Zherebtsov D.A., Trofimov E.A., Zabeivorota N.S., Mikhailov G.G., Niewa R. Millimeter-wave Characterization of Aluminum Substituted Barium Lead Hexaferrite Single Crystals Grown from PbO-B2O3 Flux // Ceramics International, 2017, vol. 17, pp. 15800-15804.
  • DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.145
  • Vinnik D.A., Klygach D.S., Zhivulin V.E., Malkin A.I., Vakhitov M.G., Gudkova S.A., Galimov D.M., Zherebtsov D.A., Trofimov E.A., Knyazev N.S., Atuchin V.V., Trukhanov S.V., Trukhanov A.V. Electromagnetic Properties of BaFe12O19:Ti at Centimeter Wavelengths // Journal of Alloys and Compounds, 2018, vol. 755, pp. 177-183.
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.04.315
  • Trukhanov S.V., Trukhanov A.V., Turchenko V.A., Trukhanov A.V., Tishkevich D.I., Trukhanova E.L., Zubar T.I., Karpinsky D.V., Kostishyn V.G., Panina L.V., Vinnik D.A., Gudkova S.A., Trofimov E.A., Thakur P., Thakur A., Yang Y. Magnetic and Dipole Moments in Indium Doped Barium Hexaferrites // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2018, vol. 457, pp. 83-96.
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2018.02.078
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp