Снижение магнитных и диэлектрических потерь в иттрий-железистом гранате
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
нием веса образцов феррограната. Экспериментальные результаты увеличения веса образцов ИЖГ синтезированных с различным, содержанием исходных компонентов (оксидов железа и иттрия) в шихте, в соответствии с рисунком 7.
(tg?? + tg??)тАв10-4; (-1,25<x1<1,25; -1,25<x2<1,25)
Рисунок 5 - Изолинии параметра суммарных потерь
,25<x1<1,25; -1,25<x2<1,25
Рисунок 6 - Изолинии параметра плотности
Отжиг проводили на толстых образцах прямоугольной формы при температуре 1200С в течение 20 ч при различных давлениях кислорода. Контроль увеличения веса проводили навешиванием на аналитических весах 2 класса типа АДВ-200 чувствительностью 0,1 МГ.
Таблица 3 - Оптимальные режимы спекания феррогранатов
Состав ферритаОптимальные уровни факторовХ1Х2Х3Х4Х5Х6Х7Y3Fe5O12-1,000,10-1,00-1,000,37-0,670Y3Ga0,38Fe4,62O12-1,00+1,00-1,000,23+1,00-1,000Y3Ga0,63Fe4,37O12-1,000,28-1,00+1,00+1,00-1,000
Таблица 4 - Свойства феррогранатов спеченных в регулируемой газовой среде
Ms, кА/мtg??тАв10-4tg??тАв10-42?Н, кА/м??тАв103, кг/м3Пористость материала, 01,02,02,414,95,130,6950,81,82,215,05,180,6641,01,41,914,85,190,8
Рисунок 7 - Увеличение веса образцов ИЖГ синтезированных с различным содержанием компонентов в исходной шихте
Из приведенной зависимости видно, что увеличение веса образца тем больше, чем больше в ней оксида железа сверхстехиометрии и выше давление кислорода при отжиге. Рентгеноструктурные исследования образцов до и после отжига, изменений параметра решетки не обнаружили. Но было замечено увеличение концентрации включений ?-Fеz03 в образцах ИЖГ после окислительного отжига. Таким образом, отжиг образцов феррогранатов в атмосфере кислорода переводит оксида железа низшей валентности во включениях в гематит и залечивает кислородные вакансии в структуре граната.
Доя определения параметров диффузии кислорода в ИЖГ были сделаны определенные допущения;
- образцы изотропны, кислородные вакансии и вторая фаза распределены равномерно по всему объему образца;
- коэффициент диффузии от концентрации кислорода не зависит;
- время диффузионного отжига выбрано таким образом, чтобы концентрационные кривые с обеих сторон образца практически не перекрывались, т.е. образцы можно рассматривать как полубесконечное тело;
- концентрация кислорода на поверхности образцов постоянна во времени;
процесс проникновения ионов кислорода в твердое тело будет сопровождаться химической реакцией окисления оксидов железа вшей валентности в гематит и лимитирующим процессом при этом является скорость диффузии кислорода в ИЖГ.
Распределение кислорода в образце при этих начальных и граничных условиях описывается решением уравнением Фика для диффузии из постоянного источника в полу ограниченное тело (когда через плоскость Х=0 проникает из вне диффундирующее вещество - кислород):
C (x, t)=C0[1-er?x/(2)] (5)
При очень больших временах отжига t=? C(x,t)/ (x=?) = C0
C0=mN0/(M0?) [1/см3],
где N0 - число Авогадро m - изменение веса образу при отжиге; M0 - атомный вес кислорода; ? - объем образца.
Для определения Со были взяты подложки размером 48тАв30тАв1 и проведено несколько последовательных циклов отжига. Вес образцов контролировался после каждого цикла. Когда изменение веса образцов не наблюдалось, принимали, что концентрация кислорода выровнялась по всему образцу. Отжиг проводили при температуре 1200С и давлении кислорода 5,06тАв105 Па в течение 127 ч.
Рисунок 8 - Концентрация кислородных дефектов в образцах ИЖГ, содержащих избыток Fe2O3 по сравнению со стехиометрической формулой
В соответствии с рисунком 8 приводится график зависимости С0 для ИЖГ от содержания исходных компонентов в шихте. Концентрации кислородных вакансий в материале находятся в пропорциональной зависимости от концентрации включений оксидов железа.
Для монокристалла выращенного в кристаллографиеском направлении на образце с избытком Fe2O3 2,34 моль С0 составляет величину 2,5тАв1019 см-2
Для определения коэффициента диффузии D были использованы диски феррогранатов диаметром d=56,7 мм, толщиной h=6,9 мм и плотностью (98-98,5)% от рентгеновской. Толстые образцы позволяют использовать для расчетов модель диффузии вещества в полубесконечное тело. Подтверждением является зависимость, приведенная в соответствии с рисунком 9. Увеличение веса образцов при отжиге пропорционально времени изотермической выдержки, т.е. концентрационные кривые с обеих сторон образца не перекрываются.
Тогда, количество кислорода, продифундировавшего в тело за время t от момента начала диффузии равно
Q = -x=0) dt = (6)
С другой стороны Q = Nx/ S
Где Nx = mNa/?0; S - площадь поверхности образца;
Рисунок 9 - Изменение веса образца ИЖГ (CY2O3 = 36,34%) в процессе изотермической выдержки (Тотж = 1050 оС; РО2 = 5 ати)
Величины D для поликристаллических образцов с различным содержанием концентрации оксида железа сверх стехиометрической формулы приведены в соответствии с рисунком 10.
На приведенных данных следует, что при малых давлениях кислорода диффузионные процессы в ЖИГ лимитируются массопередачей на границе фаз газ-твердое тело. При давлениях кислорода выше 5,06тАв105 Па поверхностные явления не влияют на диффузию кислорода в феррогранате.
Величина коэффициента диффузии в монокристаллических феррогранатах, выращенных на образцах с избытком Fe3O4 в исходной