Влияние замещения ионами Bi3+ на структурно-фазовое состояние и особенности магнитной структуры твердого раствора BaFe12−xBixO19

Abstract

Представлены результаты исследований особенностей фазового состава, кристаллической и магнитной структуры Bi-замещенного гексаферрита бария BaFe12−xBixO19 (0.1 ≤ x ≤ 1.2) методами мессбауэровской спектроскопии, рентгенофазового анализа, а также анализа изображений сканирующей электронной микроскопии. Методом твердофазных реакций с двойным отжигом (при T = 1100◦C в течение 6 h) и промежуточным размолом (в течение 0.5 h) синтезированы образцы Bi-замещенных гексаферритов — BaFe12−xBixO19 (где x = 0.1; 0.3; 0.6; 0.9 и 1.2). Ренгеннофазовый анализ позволил установить предел замещения ионов Fe3+ ионами Bi3+ . Было показано, что при малом уровне замещения (x ≤ 0.3) не обнаруженно примесных фаз и образцы характеризуются однофазным состоянием с пространственной группой P63/mmc. При увеличении степени замещения (x > 0.3) отмечено формирование примесных фаз, что может быть объяснено затруднениями диффузии ионов в процессе твердофазного синтеза, а также формированием дефектов в структуре магентоплюмбита за счет большого ионного радиуса Bi3+. В качестве примесных фаз в исследуемых составах (x > 0.3) отмечены: BiFeO3 (Пр. Гр. Pnma); BiO2 (Пр. Гр. Fm-3m); BaBi2O6 (Пр. Гр. R-3) и BaO0,5Bi1,5O2,16 (Пр. Гр. Im-3m). Содержание основной фазы (Пр. Гр. P63mmc) при этом снижается от 95.11 до 88.27 vol.% при увеличении x от 0.6 до 1.2 соответственно. Анализ, выполненный методом мёссбауровской спектроскоппии показал — все ионны Fe имеют заряд 3+. А все параметры лежат в пределах значений, характерных для ионов Fe3+ соответствующих координации полиэдров: 12k. 4f2, 2а — октаэдры, 4f1 — тетраэдр, и 2b — бипирамида. Можно выделить небольшое монотонное уменьшение лишь для позиции 12k. Анализ СЭМ-снимков показал рост среднего размера частиц до 10 mkm, в зависимости от конценрации оксида висмута при синтезе гексаферрита.