Влияние замещения ионами Bi$^{3+}$ на структурно-фазовое состояние и особенности магнитной структуры твердого раствора BaFe$_{12-x}$Bi$_x$O$_{19}$

Представлены результаты исследований особенностей фазового состава, кристаллической и магнитной структуры Bi-замещенного гексаферрита бария BaFe$_{12-x}$Bi$_x$O$_{19}$ (0.1 $\le x\le$ 1.2) методами мессбауэровской спектроскопии, рентгенофазового анализа, а также анализа изображений сканирующей электронной микроскопии. Методом твердофазных реакций с двойным отжигом (при $T$ = 1100$^\circ$C в течение 6 h) и промежуточным размолом (в течение 0.5 h) синтезированы образцы Bi-замещенных гексаферритов – BaFe$_{12-x}$Bi$_x$O$_{19}$ (где $x$ = 0.1; 0.3; 0.6; 0.9 и 1.2). Ренгенофазовый анализ позволил установить предел замещения ионов Fe$^{3+}$ ионами Bi$^{3+}$. Было показано, что при малом уровне замещения ($x\le$ 0.3) не обнаружено примесных фаз и образцы характеризуются однофазным состоянием с пространственной группой $P6_3/mmc$. При увеличении степени замещения ($x>$ 0.3) отмечено формирование примесных фаз, что может быть объяснено затруднениями диффузии ионов в процессе твердофазного синтеза, а также формированием дефектов в структуре магентоплюмбита за счет большого ионного радиуса Bi$^{3+}$. В качестве примесных фаз в исследуемых составах ($x>$ 0.3) отмечены: BiFeO$_3$ (Пр. Гр. $Pnma$); BiO$_2$ (Пр. Гр. $Fm-3m$); BaBi$_2$O$_6$ (Пр. Гр. $R-3$) и BaO$_{0,5}$Bi$_{1,5}$O$_{2,16}$ (Пр. Гр. $Im-3m$). Содержание основной фазы (Пр. Гр. $P6_3mmc$) при этом снижается от 95.11 до 88.27 vol.% при увеличении $x$ от 0.6 до 1.2 соответственно. Анализ, выполненный методом мессбауэровской спектроскопии показал – все ионы Fe имеют заряд 3+. А все параметры лежат в пределах значений, характерных для ионов Fe$^{3+}$ соответствующих координации полиэдров: 12k. 4f2, 2а – октаэдры, 4f1 – тетраэдр, и 2b – бипирамида. Можно выделить небольшое монотонное уменьшение лишь для позиции 12k. Анализ СЭМ-снимков показал рост среднего размера частиц до 10 mkm, в зависимости от концентрации оксида висмута при синтезе гексаферрита.