Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур
В условиях высоких давлений и температур синтезированы магнитные композиты из наноразмерных порошков системы Ni−C. Установлена последовательность фазовых превращений с увеличением температуры спекания при постоянном давлении и времени синтеза. Определена кристаллическая структура фаз, образующих ком...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2006
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70267 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур / Б.Б. Бохонов, Д.Г. Васьков, С.С. Дорофейчик, Г.И. Маковецкий, В.Б. Шипило, К.И. Янушкевич // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 123-134. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859974994778390528 |
|---|---|
| author | Бохонов, Б.Б. Васьков, Д.Г. Дорофейчик, С.С. Маковецкий, Г.И. Шипило, В.Б. Янушкевич, К.И. |
| author_facet | Бохонов, Б.Б. Васьков, Д.Г. Дорофейчик, С.С. Маковецкий, Г.И. Шипило, В.Б. Янушкевич, К.И. |
| citation_txt | Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур / Б.Б. Бохонов, Д.Г. Васьков, С.С. Дорофейчик, Г.И. Маковецкий, В.Б. Шипило, К.И. Янушкевич // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 123-134. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | В условиях высоких давлений и температур синтезированы магнитные композиты из наноразмерных порошков системы Ni−C. Установлена последовательность фазовых превращений с увеличением температуры спекания при постоянном давлении и времени синтеза. Определена кристаллическая структура фаз, образующих композиты. Измерена удельная намагниченность σ компактов, полученных при различных температурах T. Анализ зависимостей σ = f(T) показал, что изменения фазового состава композитов заметным образом проявляются на величине значений температуры фазового превращения магнитный порядок−магнитный беспорядок.
Magnetic composites from the Ni−С system nanodimensional powders are synthesized at high pressures and temperatures. The sequence of phase transformations with a sintering temperature increasing at constant pressure and time of synthesis is established. The crystal structure of the phases forming the composites was determined. The specific magnetization of the compacts obtained at different temperatures was measured. The analysis of σ = f(T) dependence showed that the phase composition change is evidently revealed on the temperature values of magnetic order−magnetic disorder phase transformation.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:22:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
123
PACS: 75.50.Tt
Б.Б. Бохонов1, Д.Г. Васьков2, С.С. Дорофейчик2, Г.И. Маковецкий2,
В.Б. Шипило, К.И. Янушкевич2
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И УДЕЛЬНАЯ
НАМАГНИЧЕННОСТЬ КОМПАКТНЫХ ОБРАЗЦОВ,
ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ Ni�C
В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР
1Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
ул. Кутателадзе, 18, г. Новосибирск, 630128, Россия
2Объединенный институт физики твердого тела и полупроводников НАНБ
ул. П. Бровки, 17, г. Минск, 220072, Беларусь
В условиях высоких давлений и температур синтезированы магнитные композиты
из наноразмерных порошков системы Ni−C. Установлена последовательность фа-
зовых превращений с увеличением температуры спекания при постоянном давлении
и времени синтеза. Определена кристаллическая структура фаз, образующих ком-
позиты. Измерена удельная намагниченность σ компактов, полученных при различ-
ных температурах T. Анализ зависимостей σ = f(T) показал, что изменения фазового
состава композитов заметным образом проявляются на величине значений темпе-
ратуры фазового превращения магнитный порядок−магнитный беспорядок.
Введение
Способы изготовления компактных керамических изделий из порошков
для устройств электроники в условиях высоких давлений известны и широко
используются. При решении задачи получения компактов под давлением при
комнатной температуре из порошка никеля, капсулированного сажей [1],
представлялось интересным изучить влияние воздействия высоких давлений
и температур на кристаллическую структуру и удельную намагниченность
этих компактов с точки зрения образования карбидов никеля и других сопут-
ствующих углеродсодержащих фаз. В работе [2] показано, сколь важна роль
образования карбидов металлов, растворителей углерода, и их разложения
при получении синтетических алмазов. Магнитные свойства карбидов никеля,
в отличие от карбидов железа и других металлов, слабо исследованы из-за ме-
тастабильного состояния их кристаллической структуры. Интерес к изучению
свойств ультрадисперсного никеля и его карбидов заметным образом возрос
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
124
после освоения различных методов получения порошков в наноразмерном
состоянии [3−7]. Представляет также интерес на примере никеля и его карби-
дов продолжить исследования роли металлов-растворителей углерода в шихте
при синтезе искусственных алмазов, подобно выполненным в работах [8,9].
Целью данной работы было исследование фазового состава компактов,
полученных в условиях высоких давлений и температур из наноразмерных
порошков ∼ 50%Ni�50%C, а также изучение температурных зависимостей
их удельной намагниченности.
Образцы и методы эксперимента
В качестве реакционной шихты использовали наноразмерные порошки Ni с
размером зерна ~ 60 nm, капсулированные сажей. Порошки синтезировали в ус-
ловиях механической активации порошков никеля и сажи [1,10]. Содержание
никеля и углерода в исходных порошках соответствовало ∼ 1:1. Компактные,
практически цилиндрической формы таблетки из таких порошков получали в
твердосплавных камерах высокого давления типа «наковальня с лункой» [11].
Реакционную шихту спекали под давлением ∼ 7.5 GPa поэтапно, с ростом темпе-
ратуры от Т1 до Т5. Значения температур каждого этапа следующие, K: Т1 ≈ 1500;
Т2 ≈ 1700; Т3 ≈ 1900; Т4 ≈ 2000; Т5 ≈ 2300. Время спекания под воздействием
высоких давлений и температур составляло 15 s. Выбор малого времени τ спе-
кания шихты под давлением обусловлен целью получения компактов, содер-
жащих как можно большее количество фазы карбида никеля, а не алмаза.
В работах [12,13] показано, что синтез при давлении P = 5.0−5.5 GPa и тем-
пературе 1620 K уже при τ ≈ 60 s приводит к интенсивному алмазообразованию
даже в шихте Mn−Ni−C с добавкой 0.25 mass% чугуна и 0.10 mass% цемента.
Малое время разогрева аппаратуры высокого давления и практически мгновен-
ное отключение разогрева образца позволяют допускать, что компакты после
воздействия высоких температур подвергались закалке под давлением.
Компакты, изготовленные из шихты ∼ 50%Ni−50%C, после спекания из-
мельчали и подвергали рентгеноструктурному анализу в Cu Kα-излучении,
поскольку рентгенограмма порошка дает наиболее точное отображение кри-
сталлического состояния образца [14]. Рентгенограммы порошков компак-
тов получены при комнатной температуре в интервале углов 5° ≤ 2θ ≤ 110° с
шагом ∆2θ = 0.03° и временем набора в точке 3 s. Измерения удельной на-
магниченности проведены статическим пондеромоторным методом [15]. Ус-
ловия измерения: образец в вакууме; диапазон температур измерений σ = f(T)
77 K ≤ T < 800 K; магнитное поле Н = 0.86 T; градиент магнитного поля в
области образца dHZ/dx ≈ 0.16 Т/cm на участке ∆Z ≈ 3.0 сm.
Результаты эксперимента и обсуждение
На рис. 1 представлены рентгенограммы порошков до и после нагрузки
давлением при температуре Т ≈ 300 K. На рис. 1,а два размытых рефлекса с
центрами тяжести при 2θ = 12.64 и 24.98° на рентгенограмме исходного
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
125
порошка можно с некоторым
приближением отнести к уг-
лероду С60 сингонии S.G. :
: Fm 3 в состоянии, близком к
аморфному, и индицировать их
как (200) и (400). Это согласу-
ется с содержанием информа-
ционной карточки 82-0505 базы
данных PCPDFWIN [16]. Воз-
действие высоких давлений
≈ 7.5 GPa на исследуемые по-
рошки уже при комнатной
температуре приводит к более
четкому проявлению рефлек-
сов углерода в состоянии
фуллерена.
Анализируя рентгено-
грамму образца нанораз-
мерного порошка, подвер-
женного воздействию высо-
кого давления (рис. 1,б), в
диапазоне углов 5° ≤ 2θ < 26°
можно выделить ряд рефлек-
сов. Отражения под углами 14.03°; 16.87°; 18.19°; 25.53° индицируются в по-
рядке возрастания как (102), (110), (103), (210). Две скрытые в возрастающем
фоне линии под углами 9.68° и 10.28° индицируются как отражения (100) и
(002) для фуллерена в состоянии С70 с элементарной гексагональной ячейкой
сингонии S.G.:P63/mmc (194). Согласно сведениям 48-1206 базы данных
PCPDFWIN такая ячейка имеет параметры: а = 10.5934 Å, с = 17.262(2) Å и
соотношение осей с/а = 1.6295 [16].
Уменьшение интенсивности рефлексов порошка никеля, капсулирован-
ного сажей, после нагрузки давлением при комнатной температуре можно
объяснить следствием двух причин. Во-первых, известно, что высокие дав-
ления подавляют дальний порядок, деформируя кристаллическую ячейку.
Сопоставляя угловые положения основных рефлексов никеля на рис. 1,а и б,
можно видеть смещение их в сторону больших 2θ, особенно это заметно для
отражений (111), (200), (220). Во-вторых, давление усиливает проникнове-
ние углерода в поверхность частиц никеля с образованием карбида никеля
Ni3C. Рефлексы ромбоэдрической ячейки карбида никеля Ni3C (110); (006);
(113); (024); (119) малой интенсивности, кроме отражений, совпадающих по
угловым положениям с рефлексами кубической ячейки никеля, видны на
вставке рис. 1,б. Поскольку дифракционная картина исследуемого компози-
та � это результат взаимодействия рентгеновского излучения с электронами
Рис. 1. Рентгенограммы исходного порошка (а)
и подверженного нагрузке давлением в 7.5 GPa
при комнатной температуре (б)
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
126
поверхности, очевидна доминирующая роль влияния состава и толщины по-
верхностной пленки гранул на содержание рентгенограммы и величину ин-
тенсивности дифракционных отражений. В нашем случае это может быть
одной из причин резкого уменьшения интенсивности рефлексов Ni в иссле-
дуемом композите. При достаточно длительном механохимическом капсу-
лировании углеродом частиц никеля образование тонкого слоя Ni3C на по-
верхности зерен Ni наблюдали авторы работы [1].
На рис. 2 представлены рентгенограммы компактов из наноразмерных
порошков Ni−C, спеченных под давлением P ≈ 7.5 GPa и температуре
1500 K ≤ Т ≤ 2300 K. Синтез под давлением и температуре 1500 K за вре-
мя 15 s привел к заметным изменениям кристаллического состояния ком-
позита Ni−C (рис. 2,а.). Во-первых, исчезли рефлексы углерода в состоя-
нии фуллерена. Очевидно, что давление P ≈ 7.5 GPa и температура 1500 K
за время воздействия τ = 15 s достаточны для преобразования углерода из
состояния С70 в графит, который находится практически в аморфном со-
стоянии, поскольку на рентгенограмме проявляется только один рефлекс
(111) графита очень малой интенсивности. Во-вторых, произошло даль-
нейшее уменьшение интенсивности всех рефлексов никеля и увеличение
площади основания их со стороны предполагаемых рефлексов карбида
никеля Ni3C с ромбоэдрической элементарной ячейкой. Понижение ин-
тенсивности рефлексов никеля и смещение их угловых положений в сто-
рону больших углов позволяют говорить о дальнейшем увеличении де-
формации кристаллической ячейки Ni в результате воздействия давления
при температуре 1500 K.
Спекание под давлением при температуре 1700 K приводит к более зна-
чимым изменениям в фазовом составе композита (рис. 2,б). На рентгено-
грамме проявляются отражения малой интенсивности графита (111) и (221)
ромбоэдрической ячейки S.G.:R 3 m (75-2078 [16]) и (0 0 8), (0 0 12), (0 0 24)
графита с также деформированной орторомбической ячейкой S.G.:Cmc21
(74-2330 [16]). Кроме этого, четко видны два рефлекса углерода (111) и (220)
в состоянии синтетического алмаза (75-0410 [16]), позволившие зафиксиро-
вать начало его образования. Можно говорить о некотором увеличении со-
держания карбида никеля Ni3C в композите по наличию рефлекса (012), не
перекрывающегося с другими отражениями ромбоэдрической структуры
(72-1467 [16]). Помимо перечисленного, наблюдается резкое смещение всех
рефлексов (111), (200), (220), (311), (222), (400), ответственных при более
низких температурах за Ni, в сторону меньших углов (см. рис. 2 и табл. 1).
Этот факт свидетельствует об интенсивном преобразовании никеля в карбид
NiC в такой же кристаллической сингонии, что и никель, но с несколько
большим параметром элементарной ячейки. Угловые положения рефлексов
(111), (200), (220), (311), (222), (400) рентгенограмм компактов, полученных
при 1700 K, хорошо согласуются с информационной карточкой 14-0020 базы
данных PCPDFWIN [16].
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
127
Рис. 2. Рентгенограммы порошков компактов, полученных под давлением 7.5 GPa
и температурах, K: а − 1500, б − 1700, в − 1900, г − 2000, д − 2300
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
128
Таблица 1
Угловые положения 2θθθθ (deg) основных рефлексов рентгенограмм и параметры
элементарных ячеек Ni и NiC a (Å)
Основные рефлексы (hkl)Мате-
риал (111) (200) (220) (311) (222) Источник a, Å
44.494 51.847 76.378 92.932 98.437 (65-2865) [16] 3.524
44.497 51.851 76.383 − − (87-0712) [16] 3.5238
44.44 51.82 76.36 92.89 98.47 Композит (Ni−C)
(исх. порошок)
3.528
44.55 51.87 76.49 92.89 98.49 Композит (Ni−C)
7.5 GPa, 300 K
3.528Ni
44.53 51. 91 76.41 92.93 98.57 Композит (Ni−C)
7.5 GPa, 1500 K
3.524
44.392 51.751 75.442 92.425 98.082 (14-0020) [16] 3.539
44.35 51.65 75.99 92.53 97.93 Композит (Ni−C)
7.5 GPa, 1700 K
3.540
44.23 51.51 75.89 92.27 97.79 Композит (Ni−C)
7.5 GPa, 1900 K
3.546
44.23 51.49 75.59 91.95 97.49 Композит (Ni−C)
7.5 GPa, 2000 K
3.554
NiC
44.09 51.35 75.55 91.85 97.29 Композит (Ni−C)
7.5 GPa, 2300 K
3.560
С использованием квадратичной формы [14]:
( )
2
2 2 2 2
2sin
4hkl h k l
a
λθ = + + (1)
определены параметры элементарных ячеек никеля и монокарбида никеля в
компактах композитов Ni−C, полученных при различных условиях спека-
ния. Угловые положения рефлексов чистого никеля и монокарбида никеля в
Cu Kα-излучении для сингонии Fm 3 m из справочных источников и измере-
ний настоящей работы приведены в табл. 1.
Повышение температуры спекания до 1900, 2000 и 2300 K (рис. 2,в−д)
приводит к росту кристаллитов NiC. На это указывает резкое увеличение
интенсивности рефлексов рентгенограмм компактов при этих температурах.
Анализируя рентгенограммы рис. 2,в−д, можно определить направление
роста кристаллитов монокарбида никеля. Вероятнее всего, это направление
(h00). При практически полном погасании рефлекса (220) видно перераспре-
деление и уменьшение интенсивности отражений (111), (311) и (222). Рост
интенсивности рефлексов (200) и (400) монокарбида никеля очевиден. След-
ствием появления и роста кристаллитов NiC в определенном направлении
может быть небольшое увеличение параметра а элементарной ячейки в ком-
позитах, полученных при этих температурах (см. табл. 1). Некоторый рост
интенсивности отражений (111) и (222) ромбоэдрической ячейки графита
при температурах спекания 1900, 2000 и 2300 K под давлением за время
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
129
τ = 15 s по сравнению с T = 1700 K может быть следствием понижения рас-
творимости углерода в расплаве металла за счет изменения состава компо-
зита с уменьшением в шихте карбида Ni3C и повышением содержания NiC.
В итоге резко упала степень алмазообразования. Поэтому на рис. 2,в интен-
сивность рефлекса (111) синтетического алмаза приближается к фону. На
рентгенограммах компактов, полученных при Т = 2000 и 2300 K (рис. 2,г и
д) этот рефлекс уже отсутствует.
В работах [12,13] показано, что в процессе синтеза искусственных алма-
зов при термодинамических условиях, близких к равновесным, образование
карбидов металла происходит преимущественно по поверхности зерен с ес-
тественным уменьшением их размера. А при достаточно большом (90 s и
более) времени синтеза в условиях высоких давлений и температур продук-
ты разложения образованных карбидов способствуют росту вновь возни-
кающих зародышей алмаза. Принято считать, что в синтетическом алмазе
концентрация парамагнитного никеля может варьироваться от 5.4·1017 до
6.0·1017 spin/gr. Уменьшение содержания металла (Ni) в шихте напрямую
связано с понижением скорости превращения графита в алмаз, т.е. с пресы-
щением системы [12]. Возможно, этим обусловлено сохранение рефлексов
графита на рентгенограммах компактов после спекания при температурах
2000 и 2300 K. Поскольку содержание углерода и никеля в исходном компо-
зите до спекания под давлением ∼ 50% : 50%, присутствие на рентгенограм-
мах (рис. 2,в−д) рефлексов графита позволяет предполагать о наличии неко-
торой доли несвязанного никеля. Никель может быть либо в состоянии, по-
добном аморфному, либо в количестве меньше пяти процентов. Оценка ко-
личества графита в композите из рентгенограмм рис. 2,г,д дает величину по-
рядка 8−10%. О наличии чистого никеля при анализе этих рентгенограмм
говорить нельзя. Рефлексы при больших углах смещены на 1°, при малых −
на 0.5°. Такое перераспределение интенсивностей рефлексов говорит о
сильной деформации элементарной ячейки карбида. Поэтому можно допус-
тить некоторую нестехиометрию как по углероду, так и по никелю для кар-
бида NiC, полученного в таких условиях. В связи с этим представляют инте-
рес результаты изучения удельной намагниченности.
На рис. 3. представлены температурные зависимости удельной намаг-
ниченности σ исходного порошка и порошков компактов, подверженных
воздействию высоких давлений и температур. Зависимость σ = f(T) исход-
ного порошка ∼ 50% : 50% представляет собой практически классическую
зависимость ферромагнетика с температурой Кюри Тс = 627 К и удельной
намагниченности при температуре жидкого азота σ = 32.5 Gs·cm3·g−1. Такая
зависимость свойственна поликристаллическому никелю электролитической
чистоты, используемому для калибровки установки (см. вставку на рис. 3,а).
Анализируя зависимость удельной намагниченности исходного порошка,
следует отметить, что размер зерна никеля в исследуемом композите соот-
ветствует условию однодоменных частиц, представленному в [17,18]:
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
130
а б
в г
д е
ж
Рис. 3. Температурные зависимости
удельной намагниченности композитов
Ni−C: а − исходный порошок, б−ж −
порошок после нагрузки давлением
7.5 GPa при температуре, K: б − 300, в −
1500, г − 1700, д − 1900, е − 2000, ж −
2300
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
131
0
2 10
S R
m cAd
I aN
≤ (2)
(где IS � намагниченность насыщения; А � обменный параметр; NR � размаг-
ничивающий фактор сферы; m � поправочный множитель; а � постоянная
решетки; с = 2 для ГЦК-решетки), а также в работах [5,19], когда в образце
наноразмерного порошка сохраняется однородная намагниченность
1/ 2
1/ 2
2
0.95 2(10 )C
S SS
K HR A Q
I II
−
≈ − −
(3)
(где IS � намагниченность насыщения; А � параметр обменной энергии; K �
константа анизотропии; Q � размагничивающий фактор; H � напряженность
поля).
В работе [19] показано, что частица с радиусом, удовлетворяющим урав-
нению (3), остается однодоменной при всех значениях поля H > −2K/IS. Кри-
тические значения диаметров одно-
доменных частиц, при которых еще
сохраняется намагниченность для
наиболее известных и используемых
магнитных веществ, приведены в
табл. 2 из работы [19].
То, что удельная намагничен-
ность исходного порошка компози-
та ∼ 50%Ni : 50%C при азотной тем-
пературе (рис. 3,а) не равна половине
значения таковой для чистого никеля
(вставка на рис. 3,а), может также
свидетельствовать о том, что в исходном порошке композита присутствуют
частицы с зерном d < 55 nm, не участвующие в обменных взаимодействиях,
либо имеет место небольшой дефицит по никелю. Поскольку удельная на-
магниченность σ, измеряемая данным методом, определяется из выражения
для пондеромоторной силы [15]:
0
gZ Z
Z
mH HF m H
x x
χ∂ ∂= σ =
∂ µ ∂
(4)
(где m � масса образца; σ, χg � соответственно намагниченность и магнитная
восприимчивость единицы массы образца; µ0 � магнитная постоянная; HZ �
компонента магнитной индукции на ось Z; ∂HZ/∂x � градиент компоненты
HZ вдоль оси x), занижение значения массы магнитной компоненты приво-
дит соответственно к увеличению значений удельной намагниченности.
Нагрузка давлением P ≈ 7.5 GPa на исходный порошок при комнатной
температуре не вносит сильных изменений в зависимости удельной намаг-
Таблица 2
Минимальные размеры доменов,
при которых частицы сохраняют
удельную намагниченность [19]
Материал d, nm
Co 70
Fe 14
Ni 55
Fe3O4 128
γ-Fe2O3 166
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
132
ниченности, за исключением появления небольшой аномалии при ТР = 515 K
(рис. 3,б). Появление аномалии на зависимости σ = f (T) может быть следст-
вием ряда причин. Наиболее возможные из них: 1) увеличение зерна частиц
под воздействием давления при обработке либо под воздействием темпера-
туры при измерениях; 2) уход никеля на образование других фаз. Последняя
версия более предпочтительна и подкреплена рентгеновскими исследова-
ниями настоящей работы. На данном этапе зафиксировано увеличение со-
держания карбида Ni3C в композите.
Спекание композита при P ≈ 7.5 GPa и Т = 1500 K усиливает аномалию
на зависимости σ = f(T). Наблюдается смещение ее до ТР = 530 K (рис. 3,в).
По отношению к изменению намагниченности при температуре TP работает
версия увеличения содержания Ni3C в композите. Рост зерна композита
d > 60 nm в результате спекания при высоких температурах очевиден. Есте-
ственно, должна увеличиваться и толщина пленки карбида никеля на зерне
порошка до значений d > 55 nm. Наличие более двух магнитных подрешеток
Ni и Ni3C на одном зерне, подобно магнетиту [20,21], при сильно деформи-
рованных кристаллических ячейках может быть причиной изменений значе-
ний σ. На вставке рис. 3,в приведена квадратичная зависимость удельной
намагниченности вблизи температуры Кюри этого образца. Она убедитель-
но демонстрирует наличие и неизменность температуры ТС никеля для ком-
пакта, полученного при 1500 K.
Воздействие давлением Р ≈ 7.5 GPa при температуре спекания Т = 1700 K
увеличивает проявление аномальной точки ТР на зависимости σ = f(T). При-
чина та же: в композите повышается содержание карбида никеля Ni3C. При
этой температуре, как показали рентгеноструктурные исследования, идет
интенсивное образование и карбида NiC. Температура фазового перехода
магнитный порядок I−магнитный беспорядок II композита принимает значе-
ние ТP = 590 K (рис. 3,г). Вставка на рис. 3,г позволяет сделать вывод о на-
личии малого количества несвязанного никеля в композите по сохранив-
шейся четко выраженной его температуре Кюри. Все это согласуется с ре-
зультатами исследований работы [9] в том, что на этапе начала и всего про-
цесса образования алмаза металл-растворитель углерода в шихте находится
в состояниях с различной валентностью.
Температурная зависимость удельной намагниченности композита, под-
верженного спеканию при температуре Т = 1900 K и Р ≈ 7.5 GPa, заметным
образом отличается от предыдущих (рис. 3,д). Во-первых, исчезает аномалия
при ТР, характеризующая наличие нескольких магнитных фаз и возможный
переход между ними магнитный порядок I�магнитный порядок II. Во-
вторых, резко уменьшилась температура ТС перехода в парамагнитное со-
стояние композита в целом. Согласно X-ray исследованиям (см. рис. 2,б) при
этой температуре практически весь никель уходит на образование кристал-
литов монокарбида NiC. Возможно, по этой же причине зависимости σ = f(T)
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
133
композитов, спеченных под давлением при температурах 2000 и 2300 K
(рис. 3,е,ж), практически идентичны. Температура Кюри компактов, полу-
ченных при температурах 1900−2300 K, заключена в интервале ≈ 520−550 K.
Заключение
В результате исследования кристаллической структуры и удельной на-
магниченности компактов, полученных в условиях высоких давлений и тем-
ператур из наноразмерных порошков никеля, капсулированного сажей в со-
отношении ∼ 50%Ni : 50%C, установлено:
1. Сажа, находящаяся практически в аморфном состоянии, используемая
для механического капсулирования частиц никеля с зерном ∼ 60 nm и не
связанная с поверхностью этих частиц переходным слоем в пленке Ni3C, под
давлением P ~ 7.5 GPa за время τ = 15 s при комнатной температуре приоб-
ретает структуру фуллерена С70.
2. Спекание шихты в режиме Р ~ 7.5 GPa, Т ~ 1700 K и τ = 15 s позволяет
зафиксировать начало образования алмазной модификации углерода. При
этом шихта обладает намагниченностью.
3. При температуре Т ~ 1900 K и давлении P ~ 7.5 GPa за время τ = 15 s
практически весь никель уходит на образование кристаллитов карбида NiC.
1. B. Bokhonov, M. Korchagin, J. Alloys Compounds 333, 308 (2002).
2. H.M. Strong, R.E. Hanneman, J. Chem. Phys. 46, 3668 (1967).
3. C. Godart, L.C. Gupta, R. Nagarajan, S.K. Dhar, H. Noel, M. Potel, C. Mazumdar, Z. Hos-
sain, C. Levy-Clement, G. Schiffmacher, B.D. Padalia, R. Vijayaraghavan, Phys. Rev.
B51, 489 (1995).
4. R. Krawiets et al., J. Analytical Chem. 353, 246 (1995).
5. M.J. Bonder, E.M. Kirkpatrick, T. Martin, S.-J. Kim, R.D. Ricke, Diandra L. Leslie-
Pelecky, JMMM 222, 70 (2000).
6. Yue et al., Phys. Rev. B62, 8969 (2000).
7. Ushiro et al., Phys. Rev. B73, 144103 (2006).
8. E. Pavel et al., J. Mater. Sci. 28, 1645 (1992).
9. Б.Б. Бохoнов, Д.Г. Васьков, Р. Кмець, Р. Крук, Г.И. Маковецкий, Г.М. Северин,
В.Б. Шипило, К.И. Янушкевич, ФТВД 15, № 3, 84 (2005).
10. E.П. Елсуков, Г.А. Дорофеев, В.М. Фомин, Г.Н. Коныгин, А.В. Загайнов, Про-
блемы нанокристаллических материалов, В.В. Устинов (ред.), Екатеринбург
(2002), с. 44−54.
11. В.Б. Шипило, Патент Республики Беларусь № 1302 (1994).
12. В.Б. Шипило и др., Неорганические материалы 42, 544 (2006).
13. В.Б. Шипило и др., Весці НАН Беларусі. Сер. фіз-мат. навук № 1, 82 (2002).
14. Г. Липсон, Г. Стипл, Интерпретация порошковых рентгенограмм, Н.В. Белов
(ред.), Мир, Москва (1972).
15. В.И. Чечерников, Магнитные измерения, Изд-во МГУ, Москва (1969).
16. International Centre for Diffraction Data. JCPDS PCPDFWIN, V.2.00 (1998).
17. Е.И. Кондорский, ДАН СССР 82, 365 (1952).
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
134
18. А.Е. Ермаков, О.А. Иванов, Я.С. Шур, Р.М. Гречишкин, Г.В. Иванова, ФММ 33,
558 (1972).
19. П.А.Чернавский, РХЖ XLVI, № 3, 19 (2002).
20. К.П. Белов, УФН 163, 53 (1993).
21. К.П. Белов, ФИЗИКА. Соросовский образовательный журнал 6, № 4, 71 (2000).
22. V.V. Milyavski et al., Proc. of the 10th International Conference on New Diamond
Science and Technology (ICNDST-10), ICNDST-10 Special Issue, 14, Issues 11−12,
1924 (2005).
B.B. Bokhonov, D.G. Vas�kov, S.S. Dorofeychik, G.I. Makovetsky, V.B. Shipilo ,
K.I. Yanushkevich
CRYSTAL STRUCTURE AND SPECIFIC MAGNETIZATION
OF COMPACT SAMPLES OBTAINED FROM NANOSIZED Ni−C
POWDERS UNDER HIGH PRESSURE AND TEMPERATURES
Magnetic composites from the Ni−С system nanodimensional powders are synthesized at
high pressures and temperatures. The sequence of phase transformations with a sintering
temperature increasing at constant pressure and time of synthesis is established. The
crystal structure of the phases forming the composites was determined. The specific mag-
netization of the compacts obtained at different temperatures was measured. The analysis
of σ = f(T) dependence showed that the phase composition change is evidently revealed
on the temperature values of magnetic order−magnetic disorder phase transformation.
Fig. 1. X-ray diffraction patterns of initial powder (а) and after 7.5 GPa pressure stress at
room temperature (б)
Fig. 2. X-ray diffraction patterns of powder compacts obtained under 7.5 GPa pressure
and temperatures, K: а − 1500, б − 1700, в − 1900, г − 2000, д − 2300
Fig. 3. Temperature dependence of Ni−C composites specific magnetization: а − initial
powder; б−ж − powder after 7.5 GPa pressure stress at temperatures, K: б − 300, в −
1500, г − 1700, д − 1900, е − 2000, ж − 2300
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70267 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:22:41Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бохонов, Б.Б. Васьков, Д.Г. Дорофейчик, С.С. Маковецкий, Г.И. Шипило, В.Б. Янушкевич, К.И. 2014-11-01T16:25:48Z 2014-11-01T16:25:48Z 2006 Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур / Б.Б. Бохонов, Д.Г. Васьков, С.С. Дорофейчик, Г.И. Маковецкий, В.Б. Шипило, К.И. Янушкевич // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 123-134. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 75.50.Tt https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70267 В условиях высоких давлений и температур синтезированы магнитные композиты из наноразмерных порошков системы Ni−C. Установлена последовательность фазовых превращений с увеличением температуры спекания при постоянном давлении и времени синтеза. Определена кристаллическая структура фаз, образующих композиты. Измерена удельная намагниченность σ компактов, полученных при различных температурах T. Анализ зависимостей σ = f(T) показал, что изменения фазового состава композитов заметным образом проявляются на величине значений температуры фазового превращения магнитный порядок−магнитный беспорядок. Magnetic composites from the Ni−С system nanodimensional powders are synthesized at high pressures and temperatures. The sequence of phase transformations with a sintering temperature increasing at constant pressure and time of synthesis is established. The crystal structure of the phases forming the composites was determined. The specific magnetization of the compacts obtained at different temperatures was measured. The analysis of σ = f(T) dependence showed that the phase composition change is evidently revealed on the temperature values of magnetic order−magnetic disorder phase transformation. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур Кристалічна структура і питома намагніченість компактних зразків, отриманих із нанорозмірних порошків Ni-C в умовах високих тиску і температури Crystal structure and specific magnetization of compact samples obtained from nanosized Ni−C powders under high pressure and temperatures Article published earlier |
| spellingShingle | Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур Бохонов, Б.Б. Васьков, Д.Г. Дорофейчик, С.С. Маковецкий, Г.И. Шипило, В.Б. Янушкевич, К.И. |
| title | Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур |
| title_alt | Кристалічна структура і питома намагніченість компактних зразків, отриманих із нанорозмірних порошків Ni-C в умовах високих тиску і температури Crystal structure and specific magnetization of compact samples obtained from nanosized Ni−C powders under high pressure and temperatures |
| title_full | Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур |
| title_fullStr | Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур |
| title_full_unstemmed | Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур |
| title_short | Кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков Ni–C в условиях высоких давлений и температур |
| title_sort | кристаллическая структура и удельная намагниченность компактных образцов, полученных из наноразмерных порошков ni–c в условиях высоких давлений и температур |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70267 |
| work_keys_str_mv | AT bohonovbb kristalličeskaâstrukturaiudelʹnaânamagničennostʹkompaktnyhobrazcovpolučennyhiznanorazmernyhporoškovnicvusloviâhvysokihdavleniiitemperatur AT vasʹkovdg kristalličeskaâstrukturaiudelʹnaânamagničennostʹkompaktnyhobrazcovpolučennyhiznanorazmernyhporoškovnicvusloviâhvysokihdavleniiitemperatur AT dorofeičikss kristalličeskaâstrukturaiudelʹnaânamagničennostʹkompaktnyhobrazcovpolučennyhiznanorazmernyhporoškovnicvusloviâhvysokihdavleniiitemperatur AT makoveckiigi kristalličeskaâstrukturaiudelʹnaânamagničennostʹkompaktnyhobrazcovpolučennyhiznanorazmernyhporoškovnicvusloviâhvysokihdavleniiitemperatur AT šipilovb kristalličeskaâstrukturaiudelʹnaânamagničennostʹkompaktnyhobrazcovpolučennyhiznanorazmernyhporoškovnicvusloviâhvysokihdavleniiitemperatur AT ânuškevički kristalličeskaâstrukturaiudelʹnaânamagničennostʹkompaktnyhobrazcovpolučennyhiznanorazmernyhporoškovnicvusloviâhvysokihdavleniiitemperatur AT bohonovbb kristalíčnastrukturaípitomanamagníčenístʹkompaktnihzrazkívotrimanihíznanorozmírnihporoškívnicvumovahvisokihtiskuítemperaturi AT vasʹkovdg kristalíčnastrukturaípitomanamagníčenístʹkompaktnihzrazkívotrimanihíznanorozmírnihporoškívnicvumovahvisokihtiskuítemperaturi AT dorofeičikss kristalíčnastrukturaípitomanamagníčenístʹkompaktnihzrazkívotrimanihíznanorozmírnihporoškívnicvumovahvisokihtiskuítemperaturi AT makoveckiigi kristalíčnastrukturaípitomanamagníčenístʹkompaktnihzrazkívotrimanihíznanorozmírnihporoškívnicvumovahvisokihtiskuítemperaturi AT šipilovb kristalíčnastrukturaípitomanamagníčenístʹkompaktnihzrazkívotrimanihíznanorozmírnihporoškívnicvumovahvisokihtiskuítemperaturi AT ânuškevički kristalíčnastrukturaípitomanamagníčenístʹkompaktnihzrazkívotrimanihíznanorozmírnihporoškívnicvumovahvisokihtiskuítemperaturi AT bohonovbb crystalstructureandspecificmagnetizationofcompactsamplesobtainedfromnanosizednicpowdersunderhighpressureandtemperatures AT vasʹkovdg crystalstructureandspecificmagnetizationofcompactsamplesobtainedfromnanosizednicpowdersunderhighpressureandtemperatures AT dorofeičikss crystalstructureandspecificmagnetizationofcompactsamplesobtainedfromnanosizednicpowdersunderhighpressureandtemperatures AT makoveckiigi crystalstructureandspecificmagnetizationofcompactsamplesobtainedfromnanosizednicpowdersunderhighpressureandtemperatures AT šipilovb crystalstructureandspecificmagnetizationofcompactsamplesobtainedfromnanosizednicpowdersunderhighpressureandtemperatures AT ânuškevički crystalstructureandspecificmagnetizationofcompactsamplesobtainedfromnanosizednicpowdersunderhighpressureandtemperatures |