离子取代对M型锶铁氧体结构及性能的影响

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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。本论文的实验中采用了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Sr0.84La0.16FexZn0.12O19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Sr0.82 La0.18Fe11.70Co0.18O19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。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(HITACHI S-4800型)、振动样品磁强计以及B-H永磁测量分析仪(NIM-2000HF),对每组样品的结构、微观形貌及磁性能进行了测量和研究。实验结果,总结为以下六点:1、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。2、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236.2 kA/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Sr0.84La0.16Fe11.65Zn0.12O19。3、以 Sr0.84La0.16Fe11.65Zn0.12O19为配方,制备样品。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32.31 kJ/m3。4、以Sr0.84La0.16Fe11.65Zn0.12O19为配方,用传统陶瓷法制备样品。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。5、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。6、以 Sr0.82La0.18Fe11.70Co0.18O19为配方,制备样品。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119℃和1265℃时出现杂峰。1235℃时,样品性综合性能较好。
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