Особенности синтеза гексагонального феррита бария в пучке ускоренных электронов

Изучено влияние ускоренных электронов на твердофазную реакцию образования гексагонального феррита BaFe₁₂O₁₉ из смеси BaО:Fe₂O₃. Исследования выполнены с использованием методов мёссбауэровской спектроскопии и рентгеноструктурного анализа. Для исследования использовали продукты твердофазного синтеза в системе BaО-Fe₂O₃ , полученные в интервале 1200-1400 К, плотности пучка ускоренных электронов 30-50 мкА/см² и энергии Е= 6 МэВ.

Анализ результатов позволил установить, что синтезированные материалы представляют гетерогенные системы, содержащие магнитные материалы с различной кристаллической структурой α-Fe₂O_3, BaFe₁₂O_19, BaFe₂O_4, Ba₂Fe₄O_7, Ba₂Fe₂O₅ Твердофазная реакция образования гексагонального феррита BaFe₁₂O₁₉ в электронном пучке начинается при температурах на 100 градусов ниже, чем в условиях термического синтезе и ее скорость существенно выше, чем при стандартной керамической технологии. Кроме того, часть ионов железа Fe³⁺, расположенных на границе шпинельного и гексагонального блоков в структуре BaFe₁₂O₁₉ занимает октаэдрические позиции. Такие октаэдры, расположенные вблизи ионов Ba²⁺ характеризуются значительными искажениями лигандного окружения и, как следствие, более высокими значениями квадрупольного расщепления.

Формирование особого структурного состояния феррита BaFe₁₂O₁₉ в электронном пучке связано со спецификой его синтеза. Такое предположение подтверждается результатами мёссбауэровских исследований, согласно которым образование феррита BaFe₁₂O₁₉ происходит не через промежуточную структуру BaFe₂O_4, а через структуру BaFe₄O₇ В результате формируются соединения изоструктурные ВаFe₁₂O₁₉ таких как Ва₂Fe₂O₅ и ВаFe₄O₇. Образование фазы Ва₂Fe₂O₅  может происходить в результате ускоренного насыщения ионами Ва²⁺ кислородного слоя в решетке α-Fe₂O₃, создавая значительные внутренние напряжения. Однако дальнейшее насыщение структуры Ва₂Fe₂O₅ ионами Fe³⁺ и О^2- приводит к образованию фазы ВаFe₄O₇.  

Проведенные исследования фазового состава и кристаллической структуры образцов ВаO·5,8Fe₂O₃ синтезированных в электронном пучке позволили установить, что формирование феррита ВаFe₁₂O₁₉ происходит в результате сложных процессов. Основным из них является радиационно-ускоренная диффузия ионов Ba²⁺, Fe³⁺ и O^2- в решетку α-Fe₂O₃ по основным стадиям:

BaO + Fe₂O₃ = BaFe₂O₄

BaFe₂O₄ + Fe₂O₃ = ВаFe₄O₇

 ВаFe₄O₇ + 4 Fe₂O₃ = ВаFe₁₂O₁₉

Синтез образцов BaFe₁₂O₁₉ при более низкой температуре и их специфические макроскопические свойства могут быть использованы на практике.

Научный руководитель - д. г.-м.н. Коровушкин Владимир Васильевич.