離子聯(lián)合取代M型六角鐵氧體的微結(jié)構(gòu)及磁特性研究.pdf

1、M型六角永磁鐵氧體作為電子工業(yè)的一種基礎(chǔ)功能材料，已經(jīng)滲透到生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，隨著技術(shù)的發(fā)展，自動化程度的增加，永磁鐵氧體材料的市場需求與日俱增，使這種傳統(tǒng)的材料具有無限的活力。為此，本文對高性能M型六角永磁鐵氧體材料的制備技術(shù)、配方技術(shù)及微波預(yù)燒新技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為材料的應(yīng)用推廣奠定基礎(chǔ)。
　　本文首先對M型六角鐵氧體的基本理論進(jìn)行論述，在此基礎(chǔ)上探討了離子取代改變材料內(nèi)稟屬性的機(jī)理以及取代發(fā)生時形成的晶粒尺寸效應(yīng)對材料

2、微觀形貌及磁性能的影響，為后續(xù)改進(jìn)實驗的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。選取固相反應(yīng)法制備預(yù)燒料和燒結(jié)磁體，并對粉料處理技術(shù)進(jìn)行專門研究。實驗表明，熱處理工藝技術(shù)提升了粉體的均勻性，從而使燒結(jié)樣品中的晶粒均勻細(xì)小，實現(xiàn)了Br和HcJ的同時提升。
　　針對Sr-La-Co型永磁鐵氧材料中預(yù)燒料晶粒生長不均勻和片狀化生長的現(xiàn)象，對引起該現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，并采用合適的添加劑對形貌進(jìn)行調(diào)控，明顯改善了材料性能。對于配方此處公式省略，當(dāng)x=0.2時，加

3、入0.15wt％CaCO3和0.2wt％SiO2的添加劑能改善材料的微觀形貌，起到促進(jìn)反應(yīng)、改善離子取代造成的預(yù)燒料晶粒尺寸效應(yīng)對磁體顯微結(jié)構(gòu)和磁性能的影響，實現(xiàn)了材料性能的提升。燒結(jié)磁體的此處公式省略，與未加添加劑時相比，HcJ由360kA/m上升到375kA/m，Hk/HcJ由0.88上升到0.96，分別提高4％和12％。
　　在La-Co聯(lián)合取代的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了Ca-La-Co聯(lián)合取代（Sr-Ca-La-Co型）的新型六

4、角鐵氧體材料，通過Ca離子含量的調(diào)整和取代離子之間比例的優(yōu)化，得到了具有單一M相的Sr-Ca-La-Co型六角鐵氧體材料的配方范圍。對于配方此處公式省略，探討Ca離子取代Sr離子后顯微結(jié)構(gòu)的變化。研究表明，對于配方此處公式省略，當(dāng)x=0.4時能形成單一M相，具有最佳的σs和HcJ。進(jìn)一步的分析知，x的變化引起五個晶位的微觀狀態(tài)均發(fā)生變化，說明Ca離子對Sr離子的取代會對Fe離子的晶位產(chǎn)生影響，σs和HcJ的變化是五個晶位共同作用的結(jié)果，

5、但當(dāng)x=0.2時，4f1晶位的微觀狀態(tài)變化較明顯，說明4f1晶位對σs和HcJ的變化起主要作用；當(dāng)x=0.4時，2b位的微觀狀態(tài)變化最明顯，對σs和HcJ的變化起主要作用。當(dāng)預(yù)燒溫度為1240℃，得到高HcJ的磁體（HcJ=445kA/m），與Sr-La-Co系鐵氧體相比，在Br相當(dāng)?shù)那闆r下HcJ提升19％；預(yù)燒溫度為1160℃，得到高Br的磁體（Br=455mT），與Sr-La-Co系鐵氧體相比，在HcJ相當(dāng)?shù)那闆r下Br提升3％。

6、r>　　燒結(jié)磁體的微觀形貌是決定材料性能是否能體現(xiàn)出來的重要因素。因此，本文在配方研究的基礎(chǔ)上，對Sr-Ca-La-Co型鐵氧體材料獨(dú)特的微觀形貌進(jìn)行了探究。其特征表現(xiàn)為大尺寸晶粒和片狀夾層堆疊的小晶粒同時存在，即晶粒尺寸不均勻，晶粒的形貌也不盡相同。圍繞這一問題，本文對晶粒的微區(qū)成分進(jìn)行了詳細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)這種獨(dú)特的微觀形貌主要是由于晶界存在少量不均勻分布的Ca元素引起，在大晶粒內(nèi)部和小晶粒的晶界處Ca元素的含量明顯低于大晶粒晶界處的含

7、量，這說明少量Ca元素存在于部分晶粒的晶界處，且促進(jìn)了這部分晶粒的生長。此外，Ca元素與Si元素富集區(qū)域相同，所形成的CaSi化合物也加劇了晶粒的生長。片狀夾層堆疊的小晶粒是生長受到抑制或者生長不完全的緣故。所以，Ca-La-Co聯(lián)合取代型鐵氧體的顯微結(jié)構(gòu)并不十分理想，促使預(yù)燒料晶粒的均勻生長將有利于性能的進(jìn)一步提高。少量BaCO3的加入能促進(jìn)預(yù)燒反應(yīng)的進(jìn)行，優(yōu)化預(yù)燒料和燒結(jié)磁體的顯微結(jié)構(gòu)，使磁性能進(jìn)一步提升。
　　最后，采用微波

8、預(yù)燒（MC）技術(shù)制備了新型的Sr-Ca-La-Co型六角鐵氧體材料。由于MC低溫和快速反應(yīng)的優(yōu)勢，可在較低的預(yù)燒溫度和較短的保溫時間得到優(yōu)質(zhì)的預(yù)燒料。當(dāng)預(yù)燒溫度為1140℃，保溫時間為30min時，σs和HcJ分別為67.8emu/g和4269Oe，與傳統(tǒng)的馬弗爐預(yù)燒（CC）相比，反應(yīng)溫度和保溫時間大大降低，且HcJ和σs分別提高12％和3％。微波預(yù)燒技術(shù)對預(yù)燒料的改善還表現(xiàn)在粒度分布的優(yōu)化上，在微波預(yù)燒方式下，球磨后粉料在0.5μm~