xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Νέοι Εξαφερίτες Ba µε Υποκατάσταση Dy για Εφαρµογές Μονίµων Μαγνητών
Λιτσαρδάκης Γ. 1,* , Μανωλάκης Ι. 1 , Στεργίου Α. 2 , Σερλέτης Χ. 2 και Ευθυµιάδης Κ.Γ. 2
1 Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ, Α.Π.Θ.
2
Τµήµα Φυσικής, Α.Π.Θ.
*Lits@eng.auth.gr
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Μια νέα σειρά εξαφεριτών βαρίου µε υποκατάσταση δυσπροσίου και χηµικό τύπο (Ba 1-x Dy x )O⋅5.25Fe 2 O 3 (x=0−0.30),
παρασκευάστηκε µε τη µέθοδο της συγκαταβύθισης από νιτρικά άλατα και ανόπτηση σε θερµοκρασίες 900-1200 ο C. Σε όλα
τα διαγράµµατα κόνεως XRD των δειγµάτων διαπιστώνεται ότι αυτά εµφανίζουν τη δοµή εξαφερίτη τύπου Μ και είναι
µονοφασικά µέχρι και το x=0.15. Για µεγαλύτερα ποσοστά υποκατάστασης του Ba από Dy παρατηρείται ως µόνη
δευτερεύουσα φάση το α-Fe 2 O 3 σε ίχνη (~ 1-10 %). Ο σχηµατισµός του (α-Fe 2 O 3 ) ευνοείται και µε την αύξηση της
θερµοκρασίας ανόπτησης . Η απουσία άλλων φάσεων υποδεικνύει την ενσωµάτωση του Dy στη δοµή του εξαφερίτη σε όλο
το εύρος της υποκατάστασης. Η ειδική µαγνήτιση κορεσµού σ sat µειώνεται ελαφρά µε την υποκατάσταση και κυµαίνεται
µεταξύ 65-62 Am 2 /kg µέχρι x=0.25. Η µικρή µείωση της µαγνήτισης αποδίδεται στην παρουσία του α-Fe 2 O 3 . Το συνεκτικό
πεδίο αυξάνεται σηµαντικά, από 365 kA/m για x=0 σε 440 kA/m για x=0.15-0.25.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Οι εξαγωνικοί φερίτες τύπου Μ, µε χηµικό τύπο [Ba/Sr]Fe 12 O 19 , χρησιµοποιούνται ως υλικά µονίµων µαγνητών επί
δεκαετίες. Οι µαγνητικές τους επιδόσεις είναι µέτριες, αλλά έχουν ευθεία καµπύλη αποµαγνήτισης, γεγονός που επιτρέπει
την κατασκευή µαγνητών µε κάθε είδους σχήµα. Το βασικό τους πλεονέκτηµα είναι το χαµηλό κόστος των πρώτων υλών
(οξείδια) και της µεθόδου παρασκευής (κονιοµεταλλουργία). Με σκοπό τη βελτίωση των µαγνητικών ιδιοτήτων, έχουν
επιχειρηθεί διάφορες υποκαταστάσεις των κατιόντων, χωρίς µεγάλη επιτυχία, επειδή συνήθως το συνεκτικό πεδίο και η
µαγνήτιση µεταβάλλονται αντίστροφα. Πρόσφατα, µε υποκατάσταση από La και La-Co, επιτεύχθηκε σηµαντική αύξηση στο
συνεκτικό πεδίο, χωρίς ταυτόχρονη πτώση της µαγνήτισης η οποία αποδόθηκε σε αύξηση του πεδίου ανισοτροπίας [1-2]. Σε
εξαφερίτες µε άλλες σπάνιες γαίες ως υποκαταστάτες του Ba ή του Sr, πιο συγκεκριµένα µε Sm [3], Nd [4] ή Pr [5],
παρατηρήθηκε αύξηση στο συνεκτικό πεδίο που συσχετίστηκε κυρίως µε µεταβολές στη µικροδοµή των υλικών, καθώς
σχηµατίζονται δευτερεύουσες φάσεις από τα ιόντα της σπάνιας γαίας τα οποία δεν ενσωµατώνονται πλήρως στο
κρυσταλλικό πλέγµα του εξαφερίτη.
Σε προηγούµενες µελέτες µας παρασκευάσαµε για πρώτη φορά εξαφερίτες Ba και Sr µε ταυτόχρονη υποκατάσταση Gd-
Co, [Ba/Sr] 1-x Gd x Fe 12-x Co x O 19 [6-8] χρησιµοποιώντας την κλασική κεραµική µέθοδο. ∆ιαπιστώσαµε ότι η υποκατάσταση
γαδολινίου αυξάνει το συνεκτικό πεδίο για το Ba (282 kA/m-3.54 kOe), , ενώ η µαγνήτιση παρουσιάζει µια συνεχή πτώση µε
την αύξηση του ποσοστού υποκατάστασης καθώς σχηµατίζονται δευτερεύουσες φάσεις γαδολινίου, κοβαλτίου και σιδήρου.
Κατόπιν παρασκευάσαµε νέες σειρές εξαφεριτών µε υποκατάσταση µόνο Gd και περίσσεια Sr ή Ba, συγκεκριµένα (Sr 1-
xGd x )O⋅5.25 Fe 2 O 3 [9] και (Ba 1-x Gd x )O⋅5.25 Fe 2 O 3 [10], επίσης µε την κλασική κεραµική µέθοδο. Ο αριθµός και το ποσοστό
ανεπιθύµητων φάσεων περιορίστηκαν δραστικά και η µαγνήτιση δεν µειώνεται µέχρι x=0.20, ενώ για πρώτη φορά
παρασκευάστηκαν µονοφασικά δείγµατα µε x=0,05-0,10. Η εξέταση της µικροδοµής έδειξε ότι το Gd εµποδίζει την
ανάπτυξη των κόκκων, γεγονός που ερµηνεύει την σηµαντική αύξηση του συνεκτικού πεδίου (µε Ba 322 kA/m, µε Sr 305
kA/m). Η παρασκευή της σύστασης αυτής, (Ba 1-x Gd x )O⋅5.25 Fe 2 O 3 , µε τη µέθοδο της συγκαταβύθισης [11], έδωσε
σηµαντικά αποτελέσµατα : εξαφερίτες Ba-Gd, µε πολύ αυξηµένο συνεκτικό πεδίο (457 kA/m), µονοφασικούς µέχρι x=0,20
και χωρίς άλλες φάσεις γαδολινίου. Στην παρούσα εργασία εξετάζουµε την υποκατάσταση του Ba µε Dy - που δεν έχει
επιχειρηθεί ξανά - και παρουσιάζουµε τα αποτελέσµατα της µελέτης της δοµής και των µαγνητικών ιδιοτήτων.
2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ∆ΙΑ∆ΙΚΑΣΙΑ
Παρασκευάστηκε η σειρά των εξαφεριτών µε ονοµαστικό χηµικό τύπο (Ba 1-x Dy x )O ⋅ 5.25 Fe 2 O 3 , όπου x = 0, 0.05, 0.10,
0.15, 0.20, 0.25 και 0.30, µε τη χηµική µέθοδο συγκαταβύθισης κατιόντων από υδατικά διαλύµατα των αντίστοιχων νιτρικών
αλάτων Ba, Dy και Fe. Πρόκειται για µέθοδο που παράγει οµοιογενή υλικά, λόγω της καλύτερης διάχυσης των αντιδρώντων,
και µε µικρό µέγεθος κόκκων,