稀土铁石榴石磁性电介质陶瓷改性研究

摘要

稀土铁石榴石磁性电介质陶瓷因独特的介电性能和磁光性能被广泛用作微波器件材料和磁光记录介质;其介电常数在不同温度和频率下显著变化，且外磁场可以改变其电容和介电常数，石榴石陶瓷可调的介电性能使其在可调电容器和磁场传感器等方面具有极大的应用前景。本论文采用标准固相反应法合成钇镱铁石榴石(Y3-xYbxFe5O12)陶瓷和钇镱铁铝石榴石(Y3-xYbxFe4AlO12)陶瓷，分别研究c位稀土元素置换、c位稀土元素和d位Fe元素同时被置换对稀土铁石榴石陶瓷性能的影响规律;同时合成镱铋石榴石(Yb3-xBixFe5O12)陶瓷，研究Bi3+部分置换Yb3+对其结构和性能的影响。
　　Y3-xYbxFe5O12(x=0，0.5，1，2，3)陶瓷在133K-573K范围内具有三个介电弛豫，Yb3+部分置换Y3+对低温弛豫激活能无明显影响，降低了中温介电弛豫激活能，显著影响高温介电弛豫激活能;Y3-xYbxFe5O12陶瓷饱和磁化强度受Yb3+置换量影响很小;随着Yb3+置换量的增加，Y3-xYbxFe5O12陶瓷的晶胞参数逐渐减小，Fe3+(a)-O-Fe3+(d)键角减小，导致五个组分样品的Fe3+(a)-O-Fe3+(d)超交换作用逐渐减弱，表现为磁有序温度的降低;随着Yb3+置换量增加，Y3-xYbxFe5O12陶瓷的非本征磁介电效应显著弱化;Y3Fe5O12、Y2.5Yb0.5Fe5O12、Y2YbFe5O12三个组分中本征磁介电效应占主导地位，三个组分样品的磁介电系数随着Yb3+含量增加而显著增加;由于非本征磁介电效应的极大消弱，YYb2Fe5O12、Yb3Fe5O12两个组分磁介电系数显著变小。
　　Y3-xYbxFe4AlO12(x=0，0.5，1，2)陶瓷的饱和磁化强度和磁有序温度取决于Fe3+(a)-O-Fe3+(d)超交换作用，Fe3+对超交换作用的影响占据主导地位，而稀土元素对其影响较小。Fe3+主要通过直接影响超交换作用对石榴石陶瓷的磁有序温度和饱和磁感应强度产生显著影响;稀土元素主要通过改变晶胞参数进而影响Fe3+(a)-O-Fe3+(d)键角，间接对石榴石陶瓷的磁有序温度和饱和磁化强度产生影响;Y3-xYbxFe4AlO12陶瓷四个组分样品中稀土元素置换对介电性能影响较小，而d位Fe3+置换对其电性能影响很大。
　　Yb3-BixFe5O12(x=0，0.5，1)陶瓷中Bi3+部分置换Yb3+使烧结温度从1673K降低到1398K，同时其介电常数和介电损耗也显著降低;Bi3+部分置换Yb3+，Fe2+-Fe3+双交换作用减弱，同时部分Fe3+偏离易磁化轴，导致其饱和磁化强度减小;Bi3+部分置换Yb3+使Fe3+(a)-O-Fe3+(d)超交换作用增强，表现为磁介电系数减小和磁有序温度增加。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 磁性电介质基础理论

1．2．1 电介质材料

1．2．2 磁性材料

1．2．3 磁介质材料研究现状

1．3 稀土铁石榴石磁性电介质研究现状

1．3．1 石榴石磁性电介质的晶体结构

1．3．2 石榴石磁性电介质的研究进展

1．4 课题的提出与研究内容

第二章 Y3-xYbxFe5O12陶瓷的结构与性能

2．1 引言

2．2 实验与测试

2．2．1 样品制备

2．2．2 性能测试

2．3 实验结果讨论

2．3．1 致密度分析

2．3．2 相组成和微结构

2．3．3 介电性能分析

2．3．4 磁有序温度分析

2．3．5 磁滞回线分析

2．3．6 磁容效应分析

2．4 小结

第三章 Y3-xYbxFe4AlO12陶瓷的结构与性能

3．1 引言

3．2 实验与测试

3．2．1 样品制备

3．2．2 性能测试

3．3 实验结果讨论

3．3．1 致密度分析

3．3．2 相组成和微结构

3．3．3 介电性能分析

3．3．4 磁滞回线测试

3．3．5 磁有序温度分析

3．4 小结

第四章 Yb3-xBixFe5O12陶瓷的结构与性能

4．1 引言

4．2 实验与测试

4．2．1 样品制备

4．2．2 性能测试

4．3 实验结果讨论

4．3．1 致密度分析

4．3．2 相组成分析

4．3．3 介电性能分析

4．3．4 磁滞回线分析

4．3．5 磁有序温度分析

4．3．6 磁容效应分析

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果