离子取代对M型锶铁氧体结构及性能的影响

摘要

随着经济和科技的飞速发展，全球对铁氧体的需求量越来越大，作为铁氧体生产大国，生产高性能的铁氧体却是一个一直困扰着国人的难题，生产高性能铁氧体的技术一直被日本TDK公司所掌握。国内学者为了不落于人后，近几十年一直对铁氧体领域保持着很高的研究热情。在所有铁氧体材料中，由于M型铁氧体具有高矫顽力、高磁能积、高磁晶各向异性、性能稳定、价格便宜等优点，很多产业的发展都对M型铁氧体有着极高的依赖性。但是在实际应用中，人们发现M型铁氧体的实际性能和理论值相比还有一定差距。在改善工艺设备等方面的同时，为了能够更好的提高M型铁氧体的磁性能，离子取代逐渐成为人们改善铁氧体性能的主要手段。本文采用传统陶瓷法制备了镧锌取代的锶永磁铁氧体Sr1-xLaxFe12-yZnyO19，在配方中令x/y的值为4/3。首先研究了La-Zn取代量对样品Sr1-xLaxFe12-yZnyO19结构及磁性能的影响。接着研究Fe3+离子含量对样品Sr0.84La0.16FexZr0.12O19结构及磁性能的影响。实验结果显示，Sr0.84La0.16Fe11.65Zn0.12O19具有较好的磁性能。改变预烧温度探索温度对样品性能的影响。为了一步提升M型锶铁氧体的磁性能，在二次球磨时加入了添加剂SiO2、 Al2O3，通过正交实验改变添加剂含量，探索出最佳的添加剂含量。研究了非磁性离子Zn2+和La3+的联合取代后，接着探索磁性离子Co2+和La3+的联合取代在缺铁配方下对M型锶铁氧体结构及性能的影响。结果显示样品Sr0.82La0.18Fe11.70Co0.18O19具有较好的磁性能，在此基础上改变预烧温度，探究温度对样品性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴镧锌取代M型锶铁氧体实验中，随着取代量的增加，晶格常数a值波动不大，晶格常数c的值随着取代量的增加单调减小。在x=0.16，y=0.12时，剩余磁化强度Br取得最大值395.8 mT，内禀矫顽力Hcj取得值为231.3 kA/m，磁感应矫顽力Hcb的值为224.7 kA/m，最大磁能积(BH)max获得最大值29.44 kJ/m3。镧锌取代M型锶铁氧体的最佳配方为Sr0.84La0.16Fe11.88Zn0.12O19。⑵在探究铁离子含量变化对M型铁氧体性能影响的实验中，随着Fe3+离子含量的改变，晶格常数a、c的值都几乎没有变化。当铁的含量x=11.95时，出现杂峰。铁的含量x=11.65时，M型锶铁氧体Sr0.84La0.16FexZn0.12O19(11.35≤x≤11.95)获得较好的磁性能;剩余磁化强度Br取得最大值414.2 mT，内禀矫顽力Hcj取得最大值251.8 kA/m，磁感应矫顽力Hcb最大值236.2kA/m，最大磁能积(BH)max获得最大值31.75 kJ/m3。M型锶铁氧体的最佳配方是Sr0.84La0.16Ee11.65Zn0.12O19。⑶以Sr0.84La0.16Fe11.65Zn0.12O19为配方，制各样品。分别设置1190、1200、1210、1220、1230℃为预烧温度，保温3h。随着预烧温度的升高，样品晶格常数a、c的值都缓慢增加。当温度为1230℃时出现杂峰。当预烧温度是1210℃时，样品性能最好，剩余磁化强度Br取得最大值420.6 mT，内禀矫顽力Hcj取得最大值262.1 kA/m，磁感应矫顽力Hcb取得最大值241.7 kA/m，最大磁能积(BH)max获得最大值32.31kJ/m3。⑷以Sr0.84La0.16Fe11.652n0.12O19为配方，用传统陶瓷法制各样品。二次球磨时候加入添加剂SiO2、 Al2O3。通过正交实验选出最佳含量的添加剂是0.5wt％SiO2、0.5wt％Al2O3。这两种添加剂可以降低样品的剩余磁化强度Br，提高内禀矫顽力Hcj。⑸镧钴取代M型锶铁氧体实验中，随着取代量的增加，晶格常数a值波动不大，晶格常数c的值随着取代量的增加单调减小;剩余磁化强度Br、内禀矫顽力Hcj、磁感应矫顽力Hcb、最大磁能积(BH)max都呈现出先增大后减小的趋势。在x=0.18，样品综合性能最好，即镧钴取代M型锶铁氧体的最佳配方为Sr0.82La0.18Fe11.70Co0.18O19。⑹以Sr0.82La0.18Fe11.70Co0.18O19为配方，制各样品。分别设置1190、1205、1220、1235、1250、1265℃为预烧温度，保温3h。随着预烧温度的升高，样品晶格常数a、c的值都缓慢增加，剩余磁化强度Br、禀矫顽力Hcj、磁感应矫顽力Hcb、最大磁能积(BH)max都呈现出先增大后减小的趋势。当温度为1190℃和1265℃时出现杂峰。1235℃时，样品性综合性能较好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 铁氧体发展史

1．2 磁性材料分类

1．3 磁性基本理论

1．3．1 磁滞回线、矫顽力、剩磁、饱和磁化强度的基本理论

1．3．2 超交换作用

1．3．3 自发磁化和磁畴结构

1．4 永磁铁氧体的生产应用

1．5 M型锶永磁铁氧体的生产研究现状

1．6 研究思路和意义

1．6．1 研究思路

1．6．2 研究意义

第二章 M型永磁铁氧体的结构与离子取代

2．1 铁氧体磁性材料的分类

2．2 M型铁氧体的晶体结构

2．3 M型铁氧的磁晶各向异性

2．4 M型铁氧体的离子取代

2．4．1 取代Me2+离子

2．4．2 取代Fe3+离子

2．4．3 离子联合取代

2．4．4 取代O2-离子

第三章 M型锶永磁铁的制备和表征方法

3．1 实验试剂

3．2 实验所需仪器设备

3．3 M型锶永磁铁氧体的制备方法

3．3．1 传统陶瓷法

3．3．2 水热合成法

3．3．3 学共沉淀法

3．3．4 溶胶-凝胶自蔓延燃烧法

3．3．5 盐熔法

3．4 样品的表征与测试分析

3．4．1 X射线粉末衍射仪

3．4．2 扫描电子显微镜

3．4．3 振动样品磁强计

3．4．4 永磁材料磁特性检测系统

第四章 镧锌取代对M型锶铁氧体结构及性能的影响

4．1 引言

4．2 镧锌取代对M型锶铁氧体结构及性能的影响

4．2．1 实验流程

4．2．2 样品物相分析

4．2．3 样品微结构分析

4．2．4 样品磁性能分析

4．3 铁离子量对M型锶铁氧体结构及性能的影响

4．3．1 样品物相和微观形貌分析

4．3．2 样品磁性能分析

4．4 预烧温度对M型锶铁氧体结构及性能的影响

4．4．1 样品制备、物相、及微观结构的分析

4．4．2 样品磁性能的研究

4．5 添加剂对M型锶铁氧体性能的影响

4．5．1 添加剂SiO2对M型锶铁氧体性能的影响

4．5．2 添加剂Al2O3对M型锶铁氧体性能的影响

4．6 本章小结

第五章 镧钻取代对M型锶铁氧体结构及性能的影响

5．1 引言

5．1 镧钴取代对M型锶铁氧体Sr1-xLaxFe11．88-xCoxO19结构及性能的影响

5．1．1 样品物相和微观结构的分析

5．1．2 样品的磁性能研究

5．2 预烧温度对锶铁氧体Sr0．82La0．18Fe11．70Co0．18O19结构及性能的影响

5．2．1 样品物相和微观结构的分析

5．2．2 样品磁性能分析

5．3 本章小节

第六章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果