Вплив природи осаджувача на магнітні властивості фериту кобальту

Abstract

Проаналізовано область використання феритів кобальту, основні фізико-хімічні властивості (стійкість до зовнішніх умов, корозійностійкість, високі значення коерцитивної сили та намагніченості насичення). Обґрунтовано, що спеціальні властивості визначаються насамперед дисперсним і фазовим складом, розташуванням катіонів по октаедричним і тетраедричним позиціям, що пов’язані з технологією та умовами їх отримання. У роботі розглянуто синтез феритів CoFe₂O₄ модифікованим методом співосадження, що вміщує стадію співосадження та наступну обробку низькотемпературною контактною нерівноважною плазмою. Для характеристики отриманих зразків було використано рентгенофазовий аналіз, вібраційну магнітометрію. У роботі наведені результати побудування діаграм склад–намагніченість насичення та склад–коерцитивна сила для фериту кобальта (як осаджувачі використовували луги в системі NaOH–LiOH–KOH). Використання симплекс решітчастого методу планування експерименту дозволило отримувати математичні моделі, що описують залежності властивостей від складу у вигляді безперервної функції. Для опису залежності властивостей від складу осаджувача було обрано математичну модель у вигляді полінома третього ступеня. Намагніченість насичення та коерцитивну силу визначали з петлі гістерезису, що була побудована з даних вібраційної магнітометрії. Узагальнення результатів математичного моделювання та графічного відображення експериментальних даних, що представлені в вигляді діаграм склад–властивість, дозволили кількісно оцінити вплив природи осаджувача на магнітні властивості феритів кобальту. Намагніченість насичення для зразків, що отримані з застосуванням натрій гідроксиду, набагато вище, ніж в інших зразках (Ms становить 136,0 А м²/кг для NaOH). Високі показники намагніченості насичення відносяться також до зразків по лінії NaOH-LiOH. Проводилась статистична обробка даних за допомогою діаграм Парето та залишкових значення функції відгуку використовуються для оцінки нормального розподілу даних. Дисперсійний аналіз (ANOVA) був застосований для дослідження відповідності моделі експериментальним результатам. Для оцінювання значущості коефіцієнтів було побудована діаграма Парето, для перевірки адекватності моделі використовували критерій Фішера.

The field of use of cobalt ferrites, the main physicochemical properties (resistance to external conditions, corrosion resistance, high values of coercive force and saturation magnetization) are analyzed. It is substantiated that the special properties are determined primarily by the dispersed and phase composition, the arrangement of cations in octahedral and tetrahedral positions, which are related to the technology and conditions of their production. The paper deals with the synthesis of CoFe₂O₄ ferrites by a modified coprecipitation method, which includes the coprecipitation stage and subsequent treatment with a low-temperature non-equilibrium contact plasma. X-ray phase analysis and vibrational magnetometry were used to characterize the obtained samples. The paper presents the results of constructing the diagrams of Сomposition–Saturation magnetization and Composition–Coercive force for cobalt ferrite (alkalis in the NaOH–LiOH–KOH system was used as precipitants). The use of the simplex lattice method of experiment planning made it possible to obtain mathematical models describing the dependence of properties on composition in the form of a continuous function. To describe the dependence of properties on the composition of the precipitant, a mathematical model in the form of a polynomial of the third degree was chosen. The saturation magnetization and coercive force were determined from the hysteresis loop constructed from vibrational magnetometry data. Summarizing the results of mathematical modeling and graphical display of experimental data, presented in the form of composition-property diagrams, made it possible to quantitatively assess the influence of the nature of the precipitant on the magnetic properties of cobalt ferrites. The saturation magnetization for samples obtained using sodium hydroxide is much higher than in other samples (Ms is 136.0 A m²/kg for NaOH). High values of saturation magnetization also apply to samples along the NaOH–LiOH line. Statistical processing of the data was carried out using Pareto charts and the residual values of the response function were used to estimate the normal distribution of the data. Analysis of variance (ANOVA) was applied to investigate the fit of the model to the experimental results. To assess the significance of the coefficients, a Pareto diagram was constructed, and the Fisher test was used to check the adequacy of the model.