Ученые-энергетики Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Китая представили новый двухступенчатый способ получения высокомагнитной керамики из материала в форме полых микросфер. Предложенный поход позволяет «настраивать» свойства готовых изделий и снизить энергозатраты при их производстве.
Магнитные материалы из полых микросфер благодаря своим характеристикам (большая удельная площадь поверхности, низкая плотность и способность инкапсулировать различные вещества) широко используются в технологиях поглощения электромагнитного излучения, энергетике, спинтронике и магнитно-резонансной томографии. Существует ряд методов получения таких материалов, однако все они или сложны в производстве, или приводят к потере ферромагнитных свойств готового изделия.
Новый способ заключается в получения высокомагнитных порошков на основе магнетита Fe3O4, из которых затем могут быть созданы объемные керамические изделия. Получение керамических изделий из магнитных микросфер производилось с помощью искрового плазменного спекания при температуре от 600 до 1100 °C в течение 600 секунд. При этом, ученые установили оптимальные режимы работы электрофизического оборудования для сохранения магнитных свойств готовых изделий.
«Предложенный нами подход основан на двухступенчатой процедуре изготовления высокомагнитных материалов. Сначала мы формируем микроразмерные полые частицы магнетита в процессе плазмодинамического синтеза. Механизм образования микроразмерных полых частиц в нашем случае происходит благодаря специфическими условиями взаимодействия плазмы с газовой средой. Далее спекаем синтезированный порошок при контролируемых температуре и давлении, чтобы получить на выходе образцы твердой керамики. Благодаря уникальной структуре наших порошков удается сохранить высокие магнитные свойства в готовых керамических объемных образцах», — рассказал один из авторов исследования, доцент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Иван Шаненков.
Исследователи протестировали метод в разных газовых средах — смесях аргона, азота и гелия с кислородом. Результаты показали, что выбор инертного газа влияет на фазовый состав, размер частиц и их структуру. Контролируемое снижение концентрации кислорода в газовой смеси в исследованном диапазоне приводит к росту содержания магнетита и уменьшению количества примесей, а также формированию полых сфер размером до десятков микрометров.
«Дополнительно мы искали пути повышения намагниченности насыщения готовых материалов, в частности с помощью добавления кобальта в реакционную систему. Полученный в итоге продукт (феррит кобальта) как в форме порошка, так и в виде готовой керамики продемонстрировал очень высокую намагниченность насыщения (до 101 А∙м2/кг). Что примечательно, нам удалось избежать существенного снижения плотности объемных изделий, а значит и магнитных свойств. Относительная плотность конечных материалов составляет не менее 92 %», — отметил ученый.
По словам авторов, предложенная методика позволит синтезировать многокомпонентные высокомагнитные керамические материалы с улучшенными магнитными свойствами.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
