Nanokompozyty magnetycznie twarde ferryt baru-żelazo

• Autorzy: Witkowski A. , Kaszuwara W. , Leonowicz M.

Warianty tytułu

EN

Hard magnetic barium ferrite-iron composite materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nanokompozyty o właściwościach magnetycznie twardych są, od początku lat 90. XX wieku, przedmiotem zainteresowania wielu badaczy. Materiały te zawierają fazę magnetycznie twardą oraz magnetycznie miękką. Dzięki wielkości nanometrycznej ziaren obu faz występuje w nich zjawisko podwyższenia remanencji. Efekt ten został wyczerpująco opisany dla materiałów Nd-Fe-B i Sm-Fe-N zawierających wydzielenia Fe. Wciąż istnieją jednak rozbieżne poglądy dotyczące możliwości uzyskania w ten sposób podwyższenia remanencji w magnesach ferrytowych. Zostało dowiedzione, że jest możliwe podwyższenie remanencji tych materiałów przez około 5% dodatek Fe. Jednak efekt ten jest związany raczej z wysokim namagnesowaniem nasycenia żelaza, a nie z istnieniem magnetycznych oddziaływań wymiennych pomiędzy ziarnami faz. Ponieważ podstawowym warunkiem uzyskania podwyższenia remanencji jest nanometryczna wielkości ziaren, podjęto próbę uzyskania struktury nanokompozytu poprzez długotrwałe mielenie mieszaniny proszków ferrytu baru i Fe. Określono zależność rozkładu wielkości cząstek (rys. rys. 1 i 2) proszku i właściwości magnetycznych (rys. rys. 3 i 4) od czasu mielenia. Zastosowana metoda prowadzi do odpowiedniego rozdrobnienia ziarna żelaza. Po 192 godzinach mielenia krystality Fe mają wielkość na poziomie 20 nm. Jednak długotrwale mielenie ferrytu baru prowadzi do jego częściowej amorfizacji. Dyfrakcyjna analiza fazowa wykazała zmniejszanie się intensywności pików dyfrakcyjnych od ferrytu baru oraz obecność faz Fe i Fe2O3 po mieleniu (rys. rys. 5 i 6). Wygrzewanie w atmosferze argonu w temperaturze 700°C prowadzi do rozkładu kompozytu na fazy Fe3O4 i BaFe2O4 o strukturze spinelu. Efektem tego jest zmniejszenie zarówno koercji, jak i remanencji materiału. Zjawiska te prowadzą do pogorszenia właściwości magnetycznych. Dowiedziono, że nie jest możliwe podwyższenie tych właściwości poprzez niskotemperaturową krystalizację materiałów mielonych. W temperaturze 750°C ferryt baru zostaje zredukowany przez obecne w materiale wydzielenia żelaza, co prowadzi do uzyskania mieszaniny faz BaFe2O4 i Fe3O4 (rys. 9). Wykazano zatem, że długotrwałe mielenie mieszaniny proszków ferrytu baru i Fe pozwala na osiągnięcie wymaganej wielkości ziarna materiału, jednak zmiany w strukturze fazowej zachodzące w czasie tego procesu są niekorzystne dla jego właściwości magnetycznych.

EN

Permanent magnet nanocomposites are the group of hard magnetic materials, which exhibit enhanced remanence due to both the nanoscale grain structure and presence of soft magnetic phase. The phenomenon of enhanced remanence was comprehensively described for Nd-Fe-B and Sm-Fe-N alloys containing Fe precipitates. Different opinions exists in terms of possibilities to obtain enhanced remanence in ferrite permanent magnets. It was proved that about 5% of Fe fine powder, added to the barium ferrite, leads to improvement of the remanence. But this is rather a result of the existence of inclusions having high saturation magnetisation than the magnetic exchange interactions between hard and soft magnetic phases. Because the basic condition of for the remanence enhancement is nanoscale grains structure, the effect of mechanical milling time of barium ferrite and Fe powder mixture on grain size and magnetic properties was investigated. The dependence between milling time, powder particle size and magnetic properties was studied (Figs 1-4). Grain size of the Fe crystallites, after milling for 192 h, amounds to about 20 nm. However, long time mechanical milling leads to partial amorphousation of the barium ferrite phase. Powders milled for 192 h beside the barium ferrite contained Fe and Fe2O3 phases (Figs 5, 6). This resultes in decrease of the of magnetic properties (Figs 3, 4). Annealing of the milled powders at a temperature 750°C/1 h can not remit the magnetic properties because of formation of the mixture of BaFe2O4 and Fe3O4 (Fig. 9). Concluding, it was found that the mechanical milling allows to obtain nano grain Fe, however, changes of the phase constitution leads to decrease of the magnetic properties of the composites.

Słowa kluczowe

PL

ferryt baru; nanokompozyt magnetycznie twardy; nanokompozyt; mechaniczna synteza

EN

barium ferrite; hard magnetic nanocomposite; nanocomposite; mechanical alloying

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 2
• Strony: 85--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Witkowski A.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Kaszuwara W.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

autor

Leonowicz M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

Bibliografia

• [1] Manaf A., Buckley R.A., Davies H.A., Leonowicz M., Enchanced magnetic properties in rapidly solidifided Nd-Fe-B based alloys, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 1991, 101, 1.
• [2] Pal M., Bid S., Pradhan S.K., Nath B.K., Das D., Chakravorty D., Synthesis of nanocomposites comprising iron and barium hexaferrites, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2004, 269, 42-47.
• [3] Masafumi Koike, Osami Abe, Redox synthesis of magnetic powder under mixing-grinding of metallic iron and hydrated iron oxide, Solid State Ionics 2004, 172, 217-220.
• [4] Bercoff P.G., Bertorello H.R., High-energy ball milling of Ba-hexaferrite/Fe magnetic composite, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 1998, 187, 169-176.
• [5] Kaszuwara W., Witkowski A., Leonowicz M., Właściwości materiałów magnetycznie twardych o strukturze kompozytowej, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 12, 378-383.