Cosuta
Tesis23 de Junio de 2015
2.692 Palabras (11 Páginas)247 Visitas
Introducción
Las ferritas son materiales cerámicos magnéticos que se
han estudiado y comercializado desde la década de 1950,
en un inicio surge el interés debido a la inducción
magnética que presenta el material, pero al paso del tiempo
han surgido diversas aplicaciones entre las que se
encuentran dispositivos de microondas, dispositivos de uso
en altas frecuencias, dispositivos biomédicos, imanes
permanentes y temporales [1- 4]. De acuerdo al método de
síntesis se logra en algunos casos mejorar sus propiedades
magnéticas [5-7], particularmente en este trabajo es de
interés el estudio de las propiedades magnéticas de ferritas
de manganeso, como resultado del proceso de
mecanosíntesis realizado para su obtención [7-11].
Las ferritas presentan estructuras tipo espinela en las que
están presentes sitios tetraédricos y octaédricos (figura 1),
dependiendo de la ubicación del catión puede ser una
estructura espinela normal o inversa, esto es si el catión del
metal se encuentra en el sitio tetraédrico se trata de una
estructura espinela normal, pero si se encuentra en un sitio
octaédrico es una espinela inversa, la formación de
estructura espinela normal o inversa depende del método
de síntesis utilizado [12].
Las aplicaciones de las ferritas de manganeso dependen en
la mayoría de ocasiones del valor de saturación y
permeabilidad magnética que presente, la densidad del
material, la baja conductividad eléctrica que disminuye
calentamientos en el material debidos a corrientes de eddy,
así como la resistencia a altas temperaturas permiten su uso
en dispositivos de almacenamiento de datos [13], se
utilizan en equipos de resonancia magnética [9], forman
parte de los ferrofluidos, dispositivos médicos [10] y
dispositivos de telecomunicaciones [14] entre otros. Un
factor determinante en las propiedades antes mencionadas
es el método de síntesis utilizado, que puede variar la
morfología, el tamaño de grano, el tamaño de cristal y el
tamaño partícula [9,15]. Algunos de los procesos de
síntesis de ferrita conocidos son: el método de sol-gel, coprecipitación,
hidrotérmico, microemulsión, precursor
citrato, atomización en seco [14], cerámico y
mecanosíntesis entre otros, siendo el más ampliamente
utilizado el método cerámico que consiste en un proceso de
mezcla-calentamiento-molienda de óxidos o carbonatos,
donde la intención es promover la de difusión en estado
sólido a elevadas temperaturas, las cuales pueden ser
iguales o mayores a 1000 ºC, adicionalmente en ocasiones
es necesario repetir el proceso varias veces para conseguir
la síntesis de la ferrita [15], tales características convierten
al método cerámico en un proceso lento y costoso, ante esta
situación resulta relevante proponer la utilización de
métodos de síntesis alternativos que se realicen en tiempos
Superficies y Vacío 24(2) 34-38, junio de 2011 ©Sociedad Mexicana de Ciencia y Tecnología de Superficies y Materiales
35
Figura 1. Representación de estructura espinela.
Figura 2. Patrones de DRX de la composición MnO-Fe2O3 en tiempos
de molienda entre 0 y 16 horas.
Figura 3. Resultados de Refinamiento Rietveld de la composición
MnO-Fe2O3 en tiempos de molienda de 12 horas.
400 500 600 700 800 900 1000 1100
-20
-15
-10
-5
0
5
-20
-15
-10
-5
0
5
12 h
9 h
7 h
3 h
1 h
Variación de masa (%)
Temperatura °C
Figura. 4. Curvas termogravimétricas de la composición MnO-Fe2O3
de 0 a 12 h de molienda.
más cortos y con menor aportación de energía calorífica,
un método utilizado ampliamente y que permite la síntesis
de algunos cerámicos es el proceso de mecanosíntesis, que
requiere la aportación de energía mecánica a temperatura
ambiente para la síntesis [16], en este proceso factores
como la selección de polvos de partida, el tiempo de
molienda y el material tanto de los recipientes y las bolas
son influyentes en la síntesis del material [15,16,17,18].
Actualmente existen diversos trabajos relacionados con la
obtención de materiales cerámicos mediante
mecanosíntesis, por ejemplo: el trabajo publicado por
Berbenni y colaboradores utiliza el proceso de
mecanosíntesis, y es posible observar la reducción del
óxido FexO4, proveniente de la fase Fe1-yO, se reporta que
en el proceso se utilizan recipientes de acero, bolas de
carburo de tungsteno y óxidos precursores en estado sólido
[16]. Mientras que el trabajo de Verdier ha referido que la
molienda de alta energía permite un cambio en la
distribución de cationes entre los sitios tetraédricos y
octaédricos de los óxidos, resultando un incremento en la
saturación magnética [19].
En el presente trabajo se reportan los resultados de la
síntesis y caracterización de ferrita de manganeso del tipo
MnFe2O4 la cual fue sintetizada por reacción en estado
sólido utilizando molienda mecánica de alta energía, como
polvos precursores se utilizaron óxido de manganeso II
(MnO) y óxido de hierro III (Fe2O3) en proporciones
estequiometricas.
2. Procedimiento Experimental
Para la preparación de la ferrita de manganeso se
utilizaron polvos de los óxidos precursores MnO (Sigma-
Aldrich, >99%) y Fe2O3 (Sigma-Aldrich, >99 %), estos
polvos se prepararon en proporciones estequiometricas de
acuerdo a la ecuación (1). La molienda se llevó a cabo en
un molino Spex 8000D, los polvos junto con 6 bolas de
acero endurecido de 12.7 mm de diámetro se colocaron en
viales cilíndricos de acero inoxidable (50 cm3) en todos los
casos se utilizó una relación bolas:polvo de 8:1 en peso y
las moliendas se realizaron a temperatura ambiente en
atmósfera de aire.
Fe2O3 + MnO → MnFe2O4 (1).
El producto obtenido de la molienda se caracterizó con
un equipo de difracción de rayos x (DRX), Inel modelo
Equinox 2000 usando la radiación CuKα. Los resultados
fueron obtenidos con tiempos de respuesta de 30 minutos.
El refinamiento Rietveld se realizó utilizando el software
Maud, en todos los casos de refinamiento se utilizaron los
difractogramas obtenidos por un equipo Philips PW1710,
radiación CoKα (λ=1.5812Å). Las evaluación se hicieron
de 15 a 120° con incrementos de 0.05 (2θ), en el presente
trabajo se presentan los resultados de 20 a 90°. En el
software se cuidó mantener las condiciones de mantener
valores de sig <2.0 y Rw<15. El patrón de FeO se
Intensidad
Superficies y Vacío 24(2) 34-38, junio de 2011 ©Sociedad Mexicana de Ciencia y Tecnología de Superficies y Materiales
36
Tabla 1. Información estructural y parámetros de fase obtenidos por refinamiento Rietveld al cabo de 12 horas de molienda.
Polvo
Precursor Fases
Presentes
% de Fase
(% volumen)
Parámetro de Red
(Å)
Tamaño de
Cristal
(nm)
Fe2O3+MnO MnFe2O4 92.6 a=8.494 11
FeO 7.4 a=4.334 44
determinó de la referencia ICSD#76639, mientras que el
patrón de MnFe2O4 corresponde a la referencia ICSD
#24497.
La morfología de los polvos después del proceso de
molienda fue observada con la técnica de Microscopia
Electrónica de Barrido (MEB), utilizando un microscopio
JEOL JSM-6300, con voltaje entre 20y 30 kV. El tamaño
de partícula fue determinado utilizando un analizador con
difracción de luz láser, BECKMAN COULTER modelo LS
13320. Los análisis de termogravimetría (TG) se realizaron
depositando en crisoles de alúmina los productos de
molienda, en un calorímetro Mettler Toledo STAR 851. La
determinación de la conductividad eléctrica llevó a cabo
con el método de las cuatro puntas utilizando con un mili
ohm-metro marca Instek modelo GOM-802, el estudio de
saturación magnética se realizó a temperatura ambiente
usando un magnetómetro de muestra vibrante Lake Shore
7300/9300, con un campo máximo externo de 12000 Oe.
3. Resultados y discusión
En la Figura 2 se muestran los patrones de difracción de
rayos x de los polvos con composición MnO-Fe2O3
obtenidos en tiempos de molienda desde 0 hasta 16 horas.
En los difractogramas se puede observar que la intensidad
de los picos correspondientes al MnO (ISCD:30520) y al
Fe2O3 (ISCD:40192) disminuye al aumentar el tiempo de
molienda, la estructura cambia de acuerdo al movimiento
de los cationes que al desplazarse distorsionan la estructura
cúbica de los óxidos de partida, dando lugar a un arreglo
correspondiente a la estructura de tipo espinela MnFe2O4
apreciándose al cabo de 7 horas de molienda, en los
difractogramas se observa que hay
...