30. Магнитные свойства Sm2Fe17 — нитридов.

Введение в соединение азота приводит к возникновению одноосной магнитной кристаллической анизотропии. Примером такого влияния азота является соединение Sm₂Fe₁₇. Соединение Sm₂Fe₁₇ имеет ромбоэдрическую кристаллическую структуру типа Th₂Zn₁₇ с параметрами кристаллической решетки в гексагональных осях: а=0,8534 нм, с=1,243 нм, с/а=1,457. Температура Кюри соединения по различным источникам составляет 80-110^оС, намагниченность насыщения –1,0 Тл. Магнитная кристаллическая анизотропия носит плоскостной характер. Введение азота до соотношения Sm₂Fe₁₇N_3-δ (δ - колеблется от 0,2 до 0,4) сохраняет кристаллическую решетку, увеличивая её тетрагональность, увеличивает температуру Кюри до 480^оС и намагниченность насыщения до 1,5 Тл. Кроме того, увеличение тетрагональности решетки приводит к появлению одноосной магнитной кристаллической анизотропии, поле анизотропии, при которой приблизительно 80кЭ. Таким образом получаемый нитрид уже является перспективным материалом для изготовления из него постоянных магнитов. Из литературы известно следующая технология получения постоянных магнитов из этого соединения /4/. Порошок соединение Sm₂Fe₁₇ насыщают газообразным азотом при температуре 620-650^оС под давлением около 100 кПа. При этом идет следующая реакция азотирования:

2Sm₂Fe₁₇ + (3 - δ)N2 2Sm₂Fe₁₇N_{3 -δ}

Возникающая нитридная фаза метастабильна и при нагреве выше 720^оС распадается по реакции: Sm₂Fe₁₇N₃ 2SmN + Fe₄N + 13Fe. Однако эта реакция подавляется при низких температурах из-за малой диффузионной подвижности атомов железа.

В литературе имеются сведения, что порошок перед азотированием измельчают, используя HDDR – процесс. После азотирования дальнейший технологический процесс получения магнитов состоит из дополнительного измельчения, повышающего коэрцитивную силу, текстуровании порошка в магнитном поле и закреплении в связующем веществе. В качестве последнего часто используется цинк.

Целью исследования явилось изучение структуры и магнитных свойств нитридов Sm₂Fe₁₇, полученных с использованием метода газобарического азотирования, определение оптимальных параметров синтеза и изучение влияния размеров частиц на магнитные характеристики синтезированных нитридов. Азотирование порошков Sm₂Fe₁₇ осуществляли изобаро-изотермическим отжигом в атмосфере молекулярного азота при фиксированных давлениях из интервала 20,0-120,0 МПа и температурах 300¸600⁰С. Время азотирования от 10 мин. до 1 ч.

Обнаружено, что при газобарическом азотировании соединения Sm₂Fe₁₇ в образцах с высоким содержанием азота реализуются две температуры Кюри: Тс₂=480±10⁰С и Тс₁=180±10⁰С. Высказано предположение, что, это обусловлено существованием фаз с разными позициями азота в решетке Sm₂Fe₁₇. Нитрид Sm₂Fe₁₇N_2,5 стабилен в интервале температур 120-330⁰С при последовательном нагреве без выдержки до заданной температуры.

Порошки образцов, содержащие наибольшее количество азота, были подвергнуты дополнительному измельчению, что привело к увеличению коэрцитивной силы порошка до 76 кА/м. Дальнейшее уменьшение размеров частиц дает значительное увеличение коэрцитивной силы. Так, после дополнительного измельчения коэрцитивная сила возросла до 570 кА/м (7,2 кЭ).