Structure investigations of Bi5Ti3FeO15 ceramics prepared by free sintering process of high-energy ball milled nanocrystalline precursors

• Autorzy: Dercz G. , Dercz J. , Prusik K. , Hanc A. , Babilas R. , Pająk L. , Milczuk J.

Warianty tytułu

PL

Analiza struktury ceramiki Bi5Ti3FeO15 otrzymanej w procesie swobodnego spiekania z nanokrystalicznych prekursorów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The tested material was prepared in two stages. In the first stage polycrystalline precursor material (mixture of Bi2O3, TiO2 and Fe2O3 powders) was ground with the use of high-energy vibratory mill. The second stage was free sintering of ground precursor material conducted at 800°C/5 hours. The X-ray diffraction methods were applied for the structure characterization of the examined samples. The parameters of diffraction line profiles were determined by PRO-FIT Toraya procedure. The crystallite sizes and lattice distortions were analyzed using Williamson-Hall method. Investigations of hyperfine interactions in the studied materials were carried out by Mossbauer spectroscopy. The powder morphology was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) techniques. X-ray diffraction studies indicate the formation of Bi5Ti3FeO15 phase during high-energy ball milling of the precursor mixture of component oxides. Thus the phase transition proceeds during high-energy ball milling. Moreover decrease of crystallite size and amorphization process are observed. Electron microscopy observations point out the presence of crystalline phase and of amorphous one. X-ray diffraction pattern reveals the crystallization of only one, Bi5Ti3FeO15 phase during free sintering process.

PL

Materiał testowy zastał przygotowany dwuetapowo. W pierwszym etapie polikrystaliczne prekursory (mieszanina proszków: Bi2O3, TiO2 i Fe2O3) zostały poddane procesowi wysokoenergetycznego mielenia przy użyciu młynka wibracyjnego. Tak przygotowana mieszanina została poddana w drugim etapie swobodnemu spiekaniu przez 5 godzin w temperaturze 800°C. W oparciu o badania rentgenowskie przeprowadzono analizę strukturalną ceramik. Metodę Toraya wraz z procedurą PRO-FIT wykorzystano do analizy parametrów profili linii dyfrakcyjnych. Wyznaczone parametry FWHM (Full Width at Half Maximum) linii dyfrakcyjnych były wykorzystane przy oszacowywaniu wielkości krystalitów i zniekształceń sieciowych metodą Williamsona-Halla. Analizę parametrów nadsubtelnych badanych ceramik przeprowadzono przy użyciu spektroskopii Mossbauera. Morfologia oraz mikrostruktura została zanalizowana przy użyciu skaningowej (SEM) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Jakościowa analiza fazowa wykazała tworzenie się podczas wysokoenergetycznego mielenia fazy Bi5Ti3FeO15. Szczegółowa analiza dyfraktogramów rentgenowskich wykazała, iż materiał podczas mielenia ulega nanokrystalizacji oraz amorfizacji, co potwierdziły badania przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Stwierdzono, że dwuetapowy proces przygotowania materiału badań ceramiki pozwolił na otrzymanie jednofazowej ceramiki zawierającej Bi5Ti3FeO15.

Słowa kluczowe

EN

bismuth titanate; multiferroic ceramics; Aurivillius phase; XRD; TEM; SEM

PL

bizmut; ceramika; XRD; TEM; SEM

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 3
• Strony: 741--746
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17poz., rys.

Twórcy

autor

Dercz G.

autor

Dercz J.

autor

Prusik K.

autor

Hanc A.

autor

Babilas R.

autor

Pająk L.

autor

Milczuk J.

• DEPARTMENT OF MATERIAL SCIENCE, UNIVERSITY OF SILESIA, 41-200 SOSNOWIEC, 3 ZEROMSKIEGO STR., POLAND

Bibliografia

• [1] N. A. Lomanova, M. I. Morozov, V. L. Ugolkov, V. V. Gusarov, Properties of aurivillius phases in the Bi4Ti3O12-BiFeO3 system,Inorg. Mater. 42 18995 (2006).
• [2] E. C. Subbaro, Ferroelectric in Bi4Ti3O12 and Its Solid Solutions Phys. Rev. 122, 804 (1961).
• [3] E. C. Subbaro, A family of ferroelectric bismuth compounds J. Phys. Chem. Sol. 23, 665 (1977).
• [4] N. A. Hill, A. Filippetti, Why are there any magnetic ferroelectrics J. Magn. Magn. Mater. 242-245, 976 (2002).
• [5] H. Schmid, Multi-ferroic magnetoelectrics, Ferroel. 162, 317 (1994).
• [6] A. R. James, G. S. Kuma r, M. Kumar, S. V. Suryanarayana, T. Bhimasankaram, Magnetic and Magnetoelectric Studies in Polycrystalline LaBi4FeTi3O15, Mod. Phys. Lett. B 11, 633 (1997).
• [7] B. Aurivillius,Mixed bismuth oxideswith laser lattices, Ark. Kemi. 1, 463 (1949).
• [8] D. Dijjkamp, T. Vankatesan,X.D. Wu, S. A. Saheen, N. Jisrawi, Y. H. Min-Lee, W. L. Mc Lean, M. Croft, Preparation of Y-Ba-Cu oxide superconductor thin films using pulsed laser evaporation from high Tc bulk material, Appl. Phys. Lett. 51, 619 (1987).
• [9] R. N. P. Choudhary, K. Perez, P. Bhattacharya, R. S. Katiyar, Structural and dielectric properties of mechanochemically synthesized BiFeO3-Ba(Zr0:6Ti0:4)O3 solid solutions, Mater. Chem. and Phys. 105, 286 (2007).
• [10] G. Scholz, R. Stosser, J. Klein, G. Silly, J. Y. Buzare, Y. Lagigant, B. Ziemer, Local structural orders in nanostructured Al2O3 prepared by high-energy ball milling, J. Phys.: Condens. Mat. 14, 2101 (2002).
• [11] C. C. Koch, Intermetallic Matrix Composites Prepared by Mechanical Alloying - A Review Mater. Sci. Eng. A. 244, 39 (1998).
• [12] H. Toraya, Whole-powder-pattern fitting without reference to a structural model: application to X-ray powder diffraction data, J. Appl. Cryst. 19, 440 (1986).
• [13] H. Toraya,Whole-pattern decomposition method, The Rigaku J. 6, 28 (1989).
• [14] G. K. Williamson, W. H. Hall, X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram,Acta Metall. 1, 22 (1953).
• [15] G. Dercz, B. Formanek, K. Prusik, L. Pająk, Microstructure of Ni(Cr)-TiC-Cr3C2-Cr7C3 composite powder, J. Mater. Proc. Tech. 162-163, 15 (2005).
• [16] G. Dercz, K. Prusik, T. Goryczka, L. Pająk, B. Formanek, X-ray studies on NiAl-Cr3C2-Al2O3 composite powder with nanocrystalline NiAl phase, J. All. Comp. 423, 112 (2006).
• [17] G. Dercz, L. Pająk, K. Prusik, R. Pielaszek, J. J. Malinowski, W. Pudło, X-ray and electron microscopy techniques studies on nanocrystalline MgO powder materials prepared by sol-gel method, Zeits. Kristall. (2009) in press.