Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2022(13))

Методика синтеза феррита-граната Yi,sBii,2Fe3,5Gai,sOi2 Твердофазный синтез как классический метод получения ферритов-гранатов низкоэффективен вследствие высокой энергоёмкости и большой длительности процессов синтеза и спекания. С целью снижения энергоёмкости, но сохранения преимуществ твердофазного синтеза особую актуальность приобретают разработка и модификация других методов получения ферритов-гранатов, например, метода соосаждения катионов редкоземельных элементов и железа в форме нерастворимых карбонатов, оксалатов, гидроокисей, а также метода разложения смеси нитратов редкоземельных элементов и железа. Однако как твердофазный, так и эти методы синтеза часто сопровождаются образованием побочной фазы со структурой перовскита. Установлено, что синтез Y 3 FesO 12 проходит через образование примеси промежуточного соединения YFeO 3 [9]. Чтобы устранить этот недостаток и снизить температуру синтеза для получения висмутсодержащего феррограната (Bi-Y)3(Fe-Ga)sO12 в [6], был применен метод сжигания геля с использованием поливинилового спирта. Для получения однофазного граната Y 1 8 Bi 1 2 Fe 3 , 5 Ga 1 , 5 O 12 мы модифицировали метод сжигания геля. Исходными веществами служили: окись иттрия (ОСЧ), окись висмута (ОСЧ), металлический галлий (ОСЧ) и карбонильное железо (ОСЧ). Синтез граната можно описать следующим уравнением химической реакции: 1,8Y(NO3)3 + 1,2Bi(NO3)3 + 3,5Fe(NO3)3 + 1,5Ga(NO3)3 + + 12«CH2OH - CH 2 OH + 1 8 O 2 ^ Y 1 , 8 Biu Fe 3 , 5 Ga 1 , 5 O 12 + 2 4 CO 2 T + 7 2 H 2 OT + 2 4 N 2 T. Стехиометрические количества исходных веществ растворяли в разбавленной азотной кислоте. После растворения избыток азотной кислоты выпаривали и к раствору нитратов в качестве комплексообразователя добавляли лимонную кислоту, а в качестве гелеобразующего компонента — этиленгликоль. Реакционную смесь упаривали (~ 100 °С) при непрерывном перемешивании до состояния геля, в котором первичные компоненты гомогенизированы на молекулярном уровне. При увеличении температуры происходило медленное сгорание геля с образованием гомогенной смеси химически активных окислов в виде мелкодисперсного порошка. После охлаждения порошки перетирали, прессовали в таблетки диаметром 8 мм, высотой ~ 1,5 мм и отжигали при температурах 780 и 1000 °С с разными временами выдержки. Таким образом были получены три образца состава Y 1 , 8 Bi 1 2 Fe 3 , 5 Ga 1 , 5 O 12 в режимах: 780 °С (5 ч) — режим I, 780 °С (12 ч) — режим II и 1000 °С (12 ч) — режим III. Структурные исследования Кристаллическую структуру и фазовый состав полученных образцов определяли рентгенографическим методом на дифрактометре DRON-1,5 в CuKa-излучении. Микроструктурные исследования проводили с использованием сканирующего электронного микроскопа JSM-6490LV (JEOL, Япония). На рентгенодифрактограмме (рис. 1) незамещенного железоиттриевого феррита-граната Y 3 Fe 5 O 12 , полученного из нитратов при 1100 °С, кроме явно выраженного рефлекса (200) примесной фазы феррита иттрия YFeO 3 , предполагается также наличие вклада этой фазы в основной рефлекс (420) Y 3 Fe 5 O 12 , поскольку интенсивность этого рефлекса для беспримесного YIG должна быть меньше, а у YFeO 3 положение рефлекса (112) на дифрактограмме практически совпадает с положением рефлекса (420) Y 3 Fe 5 O 12 . На рисунке 2 представлены рентгенодифрактограммы поликристаллических образцов Y 1 8 Bi 1 2 Fe 3 , 5 Ga 1 , 5 O 12 , отожженных при трех разных температурных и временных режимах. Из рисунка следует, что получены практически однофазные образцы, положение дифракционных рефлексов которых соответствует кубической структуре граната. Все основные рефлексы на рентгенограммах совпадают с рефлексами порошка близкого состава из статьи [ 6 ]. Посторонние фазы не были обнаружены. Наилучшим режимом оказался режим III: на рентгенограмме имеются острые дифракционные пики, что свидетельствует о хорошей кристаллизации. Результаты исследования морфологии поверхности излома синтезированных методом сжигания геля образцов Y 1 , 8 Bi 12 Fe 3 , 5 Ga 1 , 5 O 12 в режимах I, II и III представлены на рис. 3. Микроструктурные исследования выявили зависимость среднего размера зерна dср. от температуры и времени отжига: режим I — 780 °С, 5 ч, dср. ~ 170 nm; режим II — 780°, 12 ч, dср. ~ 230 nm; режим III — 1000 °С, 12 ч, dср. ~ 500 nm. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 1. С. 125-131. Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 125-131. © Тарасенко Т. Н., Ковалёв О. Е., Кравченко З. Ф., Бурховецкий В. В., Михайлов В. И., Головчан А. В., 2022 127